[发明专利]一种石墨烯纳米带的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型碳材料的合成领域，特别是涉及一种石墨烯纳米带的制备方法。

背景技术

石墨烯纳米带不仅具有石墨烯的优良导电、导热性能及热膨胀系数低，还具备一些特殊的性能，例如其长宽比比较大，可高达上千倍，在集成电路方面可代替铜导线，进一步提高集成度，亦可对其结构进行改性制备成开关器件。目前由于石墨烯纳米带的尺寸控制困难，产量低等原因，限制了其应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种石墨烯纳米带的制备方法，该制备方法中石墨烯纳米带的长径比可以通过碳纳米管的直径及长度的调整来控制，制备过程时间短，生产效率高，成本低，同时石墨烯纳米带保持了碳纳米管原有的优良性能，以及化学试剂可重复使用，实现了绿色无污染制备。

本发明提供的一种石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳纳米管依次加入浓度为0.5～1mol/L酸溶液和浓度为0.1～0.5mol/L碱溶液中，同时搅拌，过滤后清洗，再用有机溶剂进行浸泡及超声处理，过滤后干燥，得到预处理后的碳纳米管；

(2)在惰性气体保护下，将步骤(1)得到的预处理后的碳纳米管以50～100℃/min的速率加热至1000～1200℃后保温3～5分钟，然后迅速转移至-70～-200℃的低温环境中放置5～30min，随后取出，再在惰性气氛中快速放入温度为1000～1200℃的马弗炉中保温0.5～30min，接着在惰性气体保护下冷却到室温，得到石墨烯纳米带。

优选地，步骤(1)中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的至少一种。

优选地，步骤(1)中，所述酸溶液具体为盐酸、硝酸或硫酸。所述碱溶液具体为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

优选地，步骤(1)中，所述碳纳米管与酸溶液或碱溶液的质量体积比为1g∶20～200ml。

加入酸溶液和碱溶液并搅拌后过滤的滤液可以重复使用。

优选地，步骤(1)中，所述搅拌的时间是10～30min。

在于去除碳纳米管的杂质与油污，同时对碳纳米管进行轻度腐蚀。所述清洗是用去离子水清洗至滤液呈中性。

优选地，步骤(1)中，所述有机溶剂为乙醇、丙酮或甲醇中的一种或多种。

更优选地，步骤(1)中，所述有机溶剂为乙醇、丙酮或甲醇中的两种，即先用一种有机溶剂进行浸泡并超声处理，过滤后加入另一种有机溶剂进行浸泡并超声处理。

优选地，步骤(1)中，所述超声处理的功率为200～400w，时间为10～30min。

优选地，步骤(1)中，所述干燥是于80～100℃干燥4～6小时。

优选地，步骤(1)中，所述预处理后的碳纳米管的堆密度为：0.03～0.05g/cm³。

优选地，步骤(2)中，所述-70～-200℃的低温环境为液氮、液氩或干冰，是易获得的低温物质。将预处理后的碳纳米管放入液氮、液氩或干冰中进行冷处理。

优选地，步骤(2)中，所述惰性气体为氮气或氩气。

本发明提供的石墨烯纳米带的制备方法首先利用酸溶液和碱溶液将碳纳米管进行清洗，同时对碳纳米管进行轻度腐蚀，在酸的作用下碳纳米管被腐蚀，在表面产生缺陷，经过碱浸泡腐蚀后进一步变大与加深，为后一步剥离提供更有利的条件，而为了保持石墨烯纳米带结构的完整性，只进行轻度腐蚀。然后采用先高温后低温再高温的冷热交替处理方式剥开碳纳米管，得到石墨烯纳米带。其中，处预理后的碳纳米管由于表面被腐蚀，加热过程中体积会膨胀而产生更大的裂纹(或称缺陷)，其结构在急冷过程和急热的过程会发生进一步破坏，导致最后裂开成为石墨烯纳米带，使得到的石墨烯纳米带保持了碳纳米管原有的优良性能，且石墨烯纳米带的长径比可以通过碳纳米管的直径及长度的调整来控制，整个制备过程时间短，生产效率高。

本发明提供了一种石墨烯纳米带的制备方法，具有以下优异效果：

(1)本发明制备方法中石墨烯纳米带的长径比可以通过碳纳米管的直径及长度的调整来控制，制备过程时间短，生产效率高，成本低；

(2)通过冷热交替的方法剥开碳纳米管而得到石墨烯纳米带，保持了碳纳米管原有的优良性能；

(3)整个制备过程中所使用的化学试剂即酸溶液、碱溶液以及有机溶剂均不参与反应、可重复使用，实现了绿色无污染制备。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的石墨烯纳米管的SEM图。

具体实施方式