[发明专利]石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的制备方法，尤其是采用球磨法制备石墨烯的方法，主要用于高质量宏量石墨烯的低成本制备。

背景技术

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，具有高热导率、高载流子迁移率以及大比表面积等特点，还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和激子带隙等现象。这些优异的性能和独特的纳米结构，使石墨烯成为近年来广泛关注的焦点。目前石墨烯的制备方法主要有化学剥离法和化学气相沉积法等。

例如：中国专利CN200910187298中报道了一种石墨烯的制备技术，具体为一种大尺寸石墨烯的制备方法，适用于大尺寸石墨烯的宏量制备。该方法包括：(1)采用大尺寸石墨为原料，利用改性Hummers方法对石墨原料进行弱氧化；(2)采用弱超声或振荡方法将分散在水中的氧化石墨进行温和剥离，获得氧化石墨烯；(3)采用多次离心方法，通过控制离心转速和离心时间将氧化石墨烯分离，得到均匀的大尺寸氧化石墨烯；(4)将氧化石墨烯沉积在基体上，利用肼或水合肼还原，得到高质量、大尺寸石墨烯。

中国专利CN201010218410公开了一种合成石墨烯薄膜材料的方法，该方法通过化学气相沉积的方法，采用氢气加甲烷的混合气氛，在铜基底上生长石墨烯薄膜；然后将生长了石墨烯薄膜的铜基底平放在表面被氧化了硅基底上，放入硝酸铁溶液中，将铜基底溶掉，此时石墨烯薄膜将沉在硅基底上；接下来将溶液稀释，再将沉有石墨烯的硅基底从溶液中取出用真空干燥箱烘干；再将沉有石墨烯的硅基底超声清洗后，放入通氩气保护的退货炉中退火即可制的高质量的石墨烯样品。本发明简化了原来制备石墨烯薄膜所需要的复杂的步骤，避免了化学方法所需要的剧毒试剂，提高了石墨烯薄膜的生产效率，制备的石墨烯薄膜经拉曼光谱仪测量证明性能良好，具有很好的可重复性。

目前石墨烯的制备方法仍存在着一些问题。例如化学剥离法制备的石墨烯质量较差，石墨烯内部较多的缺陷，阻碍电子的快速传输。虽然通过化学气相沉积制备的石墨烯具有较高的质量，但是不利于产业化低成本宏量制备。为了促进石墨烯的实用化，有必要开发低成本宏量制备石墨烯技术。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，为了实现石墨烯的低成本宏量制备，本发明提出一种石墨烯材料的制备方法，以胺基化合物为磨料，利用机械球磨法宏量制备石墨烯。

在此，本发明提供石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：将石墨烯前驱体和胺基化合物混合均匀，球磨8～20小时得到混合均匀的石墨烯与胺基化合物混合粉末，其中球磨中利用胺基化合物将石墨前驱体（例如鳞片石墨、石墨粉、可膨胀石墨和膨胀石墨）剥离得到石墨烯，所述石墨前驱体与胺基化合物的质量比为1：（1～10）；将所述石墨烯与胺基化合物混合粉末分散溶剂，以将胺基化合物溶解；过滤，采用所述溶剂洗涤滤饼得石墨烯湿粉；以及将所述石墨烯湿粉置于真空干燥箱中于60～120℃，烘干5～12小时，制得石墨烯干粉。

本发明利用石墨（例如鳞片石墨、石墨粉、可膨胀石墨和膨胀石墨）为制备石墨烯的前驱体，在球磨过程中利用胺基化合物将膨胀石墨剥离得到石墨烯，制备方法工艺简单，过程易控制，可用于宏量制备石墨烯，制得的石墨烯材料缺陷少，导电性能优异。

本发明中，所述石墨可为鳞片石墨、石墨粉、可膨胀石墨和膨胀石墨中的一种或它们的组合。

本发明中，所述胺基化合物包括咪唑类有机物、氨基酸类有机物、以及含胺基的烷烃类有机物，包括但不限于咪唑、甲基咪唑、丙氨酸、甘氨酸、苏氨酸、十二胺、己二胺和辛二胺。

本发明中，所述溶剂包括水和有机溶剂。所述有机溶剂包括但不限于乙醇。

优选地，所述球磨的转速为600r/min。

附图说明

图1示出本发明的方法制备的石墨烯材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下结合附图及下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

以下为了实现石墨烯的低成本宏量制备，本发明提出一种石墨烯材料的制备方法，以胺基化合物为磨料，利用机械球磨法宏量制备石墨烯。该石墨烯材料的制备方法工艺简单，过程易控制，材料的导电性能优异。

本发明提出一种石墨烯材料的制备方法，本发明直接利用膨胀石墨为制备石墨烯的前驱体，主要采用固相球磨合成工艺，具体制备方法如下：