[发明专利]一种大片层石墨烯水分散液及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯水分散液及其制备方法，石墨烯水分散液包括甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维和表面活性剂。本发明采用固体石墨粉与甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维和表面活性剂按一定质量比例混合分散在水中后进行机械研磨，得到厚度为0.35nm～7nm的单层或多层的石墨烯分散液。本发明在相同研磨条件下所制备的石墨烯比只使用表面活性剂制得的石墨烯厚度薄、片层大、产量高，为大片层石墨烯的工业化生产的实现和充分利用石墨烯的导电性、导热性和气体的阻隔性等提高了可能性。

【技术领域】

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种分散在甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维中的石墨烯水分散液及其制备方法。

【背景技术】

石墨烯是一种由单层碳原子通过sp2杂化方式形成的二维片状纳米材料。自2004年首次报道至今，石墨烯以其优异的力学性能、光学透过性、导电性、导热性，在诸多领域中获得了广泛的研究和应用，成为当前最热门的功能性纳米填料之一。

众所周知，石墨烯的片层的大小对石墨烯的性质和应用有重大影响。石墨烯片层尺寸越大，其电子传输速率越高、导电性越优异、热导率越高。目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、溶液液相剥离法、外延生长法、化学气相沉积法和还原氧化石墨烯法等五种方法。机械剥离法过程简单，得到的石墨烯品质最高，但其产量也是最低的。溶液液相剥离法不会破坏石墨烯面内原子结构，但是如何将单片层石墨烯从分散液中分散出来也是难点；外延生长法可制备得到大面积的单层石墨烯，但是该方法制备条件苛刻，且石墨烯难以从衬底上转移出来；化学气相沉积法得到的石墨烯面积大，但是其产量有限，成本高，且石墨烯难转移。还原氧化法得到的石墨烯产量大、成本低，但得到的石墨烯含氧官能团和缺陷会使导电和导热性能都受到很大影响，同时会用到很多的化学试剂，不利于环保。因此，开发一种制备工艺简单，成本低，产量高，安全环保，可连续生产的大尺寸的石墨烯对其发展和应用具有重大意义。

【发明内容】

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种大片层石墨烯水分散液及制备方法，采用加入甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维、表面活性剂研磨制得大片层石墨烯分散液，同时该方法成本低，产量大，安全环保，易于实现大规模生产。

本发明公开了一种大片层石墨烯水分散液及其制备方法，其特征在于所述石墨烯片层厚度为0.35nm～7nm，所述石墨烯以单层或数层形式分散于溶剂中，所述分散液制备方法成本低，产量大，安全环保，易于实现大规模生产。

本发明的具体工艺步骤如下：

一种石墨烯水分散液，其特征在于：所述石墨烯片层厚度为0.35nm～7nm，所述石墨烯片层以单层或数层形式分散于溶剂中；石墨烯片层大小到达1-30μm；分散液中包含甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维中的一种或多种；石墨与甲壳素纳米晶或甲壳素纳米纤维的质量比例为10:1-20:1，分散液中还包含表面活性剂；石墨烯片与表面活性剂的质量比例为20:1-50:1。

制备所述石墨烯水分散液的方法，其特征在于，包括以下制备步骤：将石墨粉体与甲壳素纳米晶、甲壳素纳米纤维和表面活性剂按一定比例称量好后分散在水中，将混合物进行机械研磨，得到石墨烯水分散液；石墨与甲壳素纳米晶或甲壳素纳米纤维的质量比例为10:1-20:1，与表面活性剂的质量比例为20:1-50:1；所述机械研磨的速度为100-800rpm，研磨时间为24-50小时。

进一步，所述机械研磨速度为100-800rpm，研磨时间为24-50小时。

优选地，所述石墨为天然石墨、膨胀石墨或合成石墨中的一种或几种的混合物。

优选地，步骤(1)所述机械研磨是采用旋转型、振动型、行星型或碰撞型球磨机，或研钵、臼式研磨仪进行研磨。