[发明专利]一种石墨烯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯是近年发现的二维碳原子晶体，是目前碳质材料和凝聚态物理领域的研究热点之一。石墨烯是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp²杂化碳的基本结构单元。石墨烯具有很多奇特的性质，使其在众多领域都具有良好的应用前景。

然而，对于粉体材料来说，石墨烯片层的互相团聚和杂乱堆叠使得二维材料特有的性质存在相当程度的损失。因此，如何实现石墨烯的单层分散，并且得到均一、稳定的分散液是石墨烯在众多领域应用和研究的重要基础。在产业化应用过程中，石墨烯的可分散性也是主要限制因素之一。在目前条件下，为了便于用户的使用，大部分石墨烯材料生产商都直接将石墨烯分散液作为主要商品。然而在这种条件下，石墨烯的浓度和含量一般较低，使得运输成本增加，而且不利于大量运输。在用户直接采购石墨烯粉体材料的情况下，用户还需要购置分散设备、分散助剂以及需要针对不同型号的石墨烯粉体材料探索不同的分散技术。以上这些因素大大限制了石墨烯在储能、功能性复合材料、透明导电薄膜等众多应用领域的可应用性。

在2009年10月20日公开的，公开号为CN101559944A的中国专利申请中，杨全红等人公开了一种石墨烯薄膜的制备方法。该方法其包括：将石墨烯粉状材料与分散助剂按比例加入反应器中，然后加入的溶剂，超声震荡得到分散良好的石墨烯溶液；将分散良好的石墨烯溶液移入水浴中，水浴温度低于溶剂的沸点，在水浴中保持5分钟~10小时，石墨烯在气液面自组装形成石墨烯膜，常温下干燥得到石墨烯薄膜。然而，在形成石墨烯薄膜的过程中大部分的分散助剂与石墨烯片层相分离，该石墨烯薄膜中的石墨烯片层再次紧密结合在一起。因此，将该石墨烯薄膜分散在溶剂中仍然需要超声等辅助分散手段长时间作用。

发明内容

因此，确有必要提供一种无需辅助分散手段即可在溶剂中快速自行分散形成石墨烯分散液的石墨烯材料及其制备方法。

一种石墨烯材料，其包括多个表面接枝有分散助剂的石墨烯片层，所述石墨烯片层与分散助剂的质量比为10:1~1:100，且该石墨烯材料加入到溶剂中无需辅助分散手段即可在5秒内自行分散形成石墨烯分散液。

一种上述石墨烯材料的制备方法，其包括以下步骤：将石墨烯原料、分散助剂以及溶剂混合得到一石墨烯分散液，该石墨烯原料与分散助剂的质量比为10:1~1:100，该石墨烯原料与溶剂的质量体积比为0.1毫克:1毫升~0.1克:1毫升；对所述石墨烯分散液进行分散处理使石墨烯片层打开，并使所述分散助剂吸附在单个石墨烯片层的表面，该超声分散处理的过程中保持所述石墨烯分散液的温度低于所述分散助剂的分解温度和溶剂的沸点温度；以及冷冻干燥所述石墨烯分散液以去除所述溶剂，并保留所述石墨烯片层和石墨烯片层表面的分散助剂。

与现有技术相比较，本发明提供的石墨烯材料无需辅助分散手段即可在溶剂中快速自行分散形成石墨烯分散液，便于石墨烯材料的应用。本发明的石墨烯材料的制备方法工艺简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明提供的石墨烯材料的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的石墨烯材料分散在溶液中的照片。

图3为本发明实施例1提供的石墨烯材料分散在溶液中后的石墨烯片层的扫描电镜照片。

主要元件符号说明

石墨烯材料10石墨烯片层12分散助剂14

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明提供的无需辅助分散手段即可在溶剂中快速自行分散形成稳定的石墨烯分散液的石墨烯材料及其制备方法。