[发明专利]一种石墨烯三维实体制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯三维实体的制备方法。

背景技术

随着石墨烯的发现，其优异的电学性质、力学性质、热学性质和磁学性质引起了人们的广泛关注，同时制备石墨烯的方法也层出不穷，主要有微机械剥离法(Novoselov，K.S.，Geim，A.K.，Morozov，S.V.，Jiang，D.，Zhang Y.，Dubonos，S.V.et al.Science 2004，306，666)、化学法(Stankovich，S.，Dikin，D.A.et al.Carbon 2007，45，1558)和外延生长法(Kim，K.S.，Zhao，Y.et al.Nature 2009，457，706)，研究人员对这些方法制得的石墨烯进行了多方面性质的研究，但研究的对象大都是厚度为微米量级以下的石墨烯薄膜。石墨烯三维实体是石墨烯片杂乱的团聚在一起形成的，层数较多且结合较杂乱，厚度在100微米以上，现有技术中，很少有人研究石墨烯三维实体的制备(Park，S.J.，An，J.H.，Suk，J.W.，Ruoff，R.S.Small 2009，6，210；Chen，H.，Muller，M.B.，Gilmore，K.J.，Wallace，G.G.，Li，D.Adv.Mater.2008，20，3557)。有些研究人员利用水热还原法制备出了石墨烯三维实体(Xu，Y.X.，Sheng，K.X.，Li，C.et al.ACS NANO 2010，4，4324)，它们的力、电性能相对于以前利用胶体自组装所得的实体性能有了很大提高，不过这些实体都是在没加碱性溶液的前提下获得的，致使这些实体的表面很粗糙，另外致密度也不高，使其不能满足很多领域的要求。

发明内容

本发明提供了一种制备石墨烯三维实体的方法，所制得的石墨烯三维实体表面光滑，致密度高，同时强度、密度和电导率都得到了很大提高。

本发明是采用水热还原法，按照包括以下步骤的方法制备：将氧化石墨烯与水混合，进行搅拌或超声分散，形成质量体积浓度为1mg/ml-10mg/ml的氧化石墨烯溶液，接着加入碱性溶液，并使溶液pH值处于8-13的范围；将该溶液倒入水热反应釜中，置于干燥箱中升温至100℃-400℃反应，持续3h 48h，然后冷却，取出烘干，得到石墨烯三维实体。

作为本发明的一种改进，将干燥箱的反应温度设定为150℃-280℃，这样制得的产品品质更好。

本发明的一种改进，溶液倒入水热反应釜中后，置于干燥箱中的反应时间为持续8h-24h，这样同样可提高产品品质。

本发明制备过程中所用的碱溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的任一种或几种组合，当然也可以是其他类似的碱溶液。

本发明的一种改进，将氧化石墨烯溶液的pH值调制在9-11之间，根据该值控制加入各种碱性物质的量，有利于提高产品品质。

本发明的一种改进，反应釜置于干燥箱中升温的速率控制在5℃/min-100℃/min。

本发明的一种改进，石墨烯三维实体的烘干采用负压或常压烘干，烘干温度控制在10℃-80℃。

本发明将氧化石墨烯溶液置于反应釜中，利用高温高压得到了还原后的石墨烯，在反应的过程中利用石墨烯的胶体性质及还原后憎水团聚的性质，得到了力电性能优良的石墨烯三维实体，特别是碱溶液的加入，起到了以下两方面的作用：一是碱本身也可以对氧化石墨烯进行还原，所以在一定程度上辅助了水热法还原氧化石墨烯；二是碱的加入使得结合成石墨烯实体的颗粒尺寸减小。综合二者使得石墨烯三维实体的表面粗糙程度大幅下降和致密度得到了极大提高，同时力学性能和电学性能都有了很大程度的提高，从而对石墨烯的宏观应用开辟了一条新路。制备方法操作方便，简单易行。

附图说明

图1为未加氨水所制得的的石墨烯三维实体的扫描电子显微图片。

图2为加氨水调制pH＝10所制得的的石墨烯三维实体的扫描电子显微图片。

图3为加氨水调制pH＝10所制得的石墨烯三维实体的剖面低倍扫描电子显微照片。

图4为加氨水调制pH＝10所制得的石墨烯三维实体的剖面高倍扫描电子显微照片。

图5为加氨水调制pH＝8所制得的石墨烯三维实体的扫描电子显微图片。

图6为加氢氧化钠调制pH＝13所制得的石墨烯三维实体的扫描电子显微图片。

具体实施方式：

实施例1：第一步，称取55mg的氧化石墨烯片，置于烧杯中，在烧杯中加入33ml去离子水，接着进行超声分散(40KHz、15min)，使溶液无明显颗粒，然后加入氨水使溶液pH值为10；