[发明专利]一种制备分散在天然多糖中的石墨烯纳米片材料的方法

说明书

本发明公开一种高效率制备分散在天然多糖中的石墨烯纳米片材料的方法及一种石墨烯纳米片分散液的制备方法。该石墨烯纳米片材料分散在天然多糖中，除去多糖后可以长时间稳定分散在水中。本发明采用天然多糖与固体石墨混合，直接将混合物在氧气气氛中进行机械研磨，得到分散在天然多糖中的厚度为0.33nm‑9nm、单层或多层的石墨烯纳米片复合材料。本发明所制备的石墨烯纳米片材料将天然多糖作为分散剂分散在石墨烯纳米片周围，在氧气气氛中，石墨烯纳米片与天然多糖界面之间的相互作用除了范德华力和CH‑π相互作用，还发生了化学反应，更有效地将石墨烯剥离效率从10％提高到80％。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种制备分散在天然多糖中的石墨烯纳米片材料的方法及制备石墨烯纳米片分散液的方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种新型材料，自发现以来得到了广泛的关注与研究。由于石墨烯具有优异的力学、热学、电学、光学性能，在导电薄膜、超级电容器、传感器、复合材料等方面被人们寄予厚望。但是要想在未来实现大规模的应用，石墨烯的大批量制备是首先需要解决的问题。

目前，石墨烯的主要制备方法有：化学气相沉积法(CVD)、碳化硅基底上的外延生长法、基于石墨及其衍生物的直接合成法、电化学方法、切割碳纳米管法、氧化石墨烯(GO)的化学还原法、石墨层间化合物途径法、热剥离法和机械剥离法。然而，迄今为止石墨烯的工业化生产还面临如何低成本、大规模制备出期望结构的石墨烯等问题。氧化石墨烯(GO)的化学还原法是目前应用较多的制备石墨烯纳米片的方法，但是其制备过程存在复杂、规模小、重金属污染的问题，另外还原石墨烯所得到的石墨烯纳米片会因为还原方法的不完全而导致结构上存在一定的缺陷。

石墨烯因其优异的性能、极大的比表面积，非常适合于高性能复合材料的开发。纤维素作为天然可再生资源，具有生物可降解性、模量高、力学性能好等优点，石墨烯纤维素复合材料具有应用潜力。

我们发明了一种制备方法，可以简单、大规模制备石墨烯纳米片，并获得由纤维素纳米材料稳定分散的石墨烯纳米片材料。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种制备分散在天然多糖中的石墨烯纳米片材料的方法。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种石墨烯纳米片分散液的制备方法，纳米片厚度为0.33nm-9nm，所述石墨烯纳米片以单层或多层形式分散在溶剂中，有望应用于导电油墨等方面。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供了一种制备分散在天然多糖中的石墨烯纳米片材料的方法，该方法包括以下步骤：天然多糖与固体石墨混合，将混合物在氧气气氛中进行机械研磨，得到分散在天然多糖中的厚度为0.33nm-9nm、单层或多层的石墨烯纳米片复合材料。

在氧气气氛中，石墨烯纳米片与天然多糖界面之间的相互作用除了范德华力和CH-π相互作用，还发生了化学反应，球磨过程中产生自由基，在氧气存在的情况下，石墨表面发生了氧化反应，周围环境中的纤维素中的含氧基团如羟基也有可能接枝到石墨表面，羟基进一步与纤维素形成氢键等相互作用，促进纤维素对石墨的剥离，更有效地将石墨烯剥离程度从10％提高到80％。

优选地，在天然多糖和固体石墨混合后，不加溶剂直接进行机械研磨。

优选地，在天然多糖和固体石墨混合后，将混合物在氧气气氛下进行机械球磨。

优选地，所述固体石墨占天然多糖重量的0.1wt％-80wt％(即天然多糖与固体石墨的重量比为1000:1-5:4)；更优选地，固体石墨占天然多糖重量的0.5wt％-30wt％(即天然多糖与固体石墨的重量比为200:1-10:3)。

优选地，研磨条件为100-500r.p.m,研磨时间为0.5-100小时；更优选地，研磨条件为200-400r.p.m,研磨时间为2-50小时。