[发明专利]一种石墨烯乙醇分散液的制备方法

说明书

技术领域:

本发明涉及石墨烯材料技术领域，特别涉及一种石墨烯乙醇分散液的制备方法。

背景技术:

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。它具有十分优异的性能，其比表面积高达2630m².g^-1，体征迁移率高达200000cm².v^-1.s^-1，杨氏模量多达到1.0TPa，热传导常数为5000W.m^-1.K^-1，光学透射比高达97.7％，石墨烯的些特性使得这种新型材料受到广泛关注。

目前,石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、化学氧化还原法等,这些方法都有其优缺点：机械剥离法由于剥离方法的局限性，其不适合大规模工业化制备石墨烯；化学气相沉积法和外延生长法方法由于具有工艺复杂、条件苛刻、产率低、成本高等缺点，限制其在石墨烯的大规模工业化生产和应用；外延生长法通过加热SiC外延生长石墨烯用于电子器件等，但是由于SiC晶体表面在加热过程中容易发生重构，难以获得大面积均一的石墨烯，而且加热温度高，能耗大；化学氧化还原法是目前低成本，大规模制备石墨烯较为普遍的方法，但是化学剥离法剥离过程中使用的强氧化剂会破坏石墨烯碳原子的平面结构，产生缺陷，导致石墨烯的导电性降低，而在还原过程通常使用的水合肼等有毒化学物质，容易对环境造成污染。

溶剂剥离法指的是将石墨分散到溶剂中，然后超声剥离得到石墨烯。这种方法步骤简单，得到的石墨烯质量较高，但是通常产率较低，得到石墨烯片层太小(小于500nm)，适用的溶剂较少，分散液的浓度低(小于1mg/ml)；而且通常得到的石墨烯分散在沸点高的有机溶剂中，比如石墨烯NMP分散液，限制了其应用性。因此迫切需要开发一种尺寸可控，浓度较高的石墨烯低沸点溶剂分散液的制备方法。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在问题和不足，提供一种石墨烯乙醇分散液的制备方法，制备的石墨烯分散液分散均匀，稳定度高，浓度高，导电率高，在石墨烯涂层、石墨烯复合材料、锂离子电池、超级电容器、导电油墨、太阳能电池以及触摸屏等领域具有广泛的应用前景。

为了实现上述目的，本发明制备石墨烯乙醇分散液的具体工艺过程为：

(1)将石墨加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中进行超声剥离，得到石墨烯的N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散液，其中石墨与N-甲基吡咯烷酮(NMP)的使用量为1mg：1ml，超声功率为300-500w，超声时间为60-150min；

(2)通过采用不同的转速进行离心得到片径尺寸均匀可控的石墨烯N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散液：先将石墨烯的N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散液在5000rpm下离心40min，去除上清液；再将离心得到的固体重新分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中形成重量百分比浓度为0.5-2％的石墨烯N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散液，在300-500w下超声剥离30-40min后在2000rpm下离心30min，除去底部的固体，取上清液，得到片径尺寸均匀可控的石墨烯N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散液；

(3)过滤片径尺寸均匀可控的石墨烯N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散液得到石墨烯固体，将得到的石墨烯固体在60摄氏度下真空干燥8-12h烘干后重新分散到乙醇中，石墨烯固体与乙醇的用量为1mg：50ml；然后在100w下超声10-15min超声、过滤后再次进行分散、超声，重复3次，得到重量百分比浓度为1-10mg/ml石墨烯乙醇溶液。

本发明所述石墨为鳞片石墨，其片径大小为50-150μm。

本发明将得到的石墨烯乙醇分散液在60摄氏度下真空干燥得到石墨烯粉体，片径为1-2μm，层数为1-5层，电导率达5000S/m。