[发明专利]一种氟化石墨烯材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氟化石墨烯材料及其制备方法与应用，属于新材料领域。所述制备方法，包括：将氧化石墨烯溶液与HF酸混合，在20℃‑80℃下进行回流搅拌反应，得到混合体系；将步骤1得到的混合体系进行水热反应，得悬浊液；去除所述悬浊液中过量的HF、干燥得到氟化石墨烯。本发明提供的制备方法溶剂无污染，氟化试剂为相对廉价易得的HF溶液，且用量极少，整体工艺难度低、污染小、耗能低；得到的氟化石墨烯材料片层为2‑8层，厚度较薄；用该方法制备的氟化石墨烯材料包覆的AlH₃或Al粉应用到推进中，可降低AlH₃在推进剂应用的感度和提高Al粉的燃烧效率。

技术领域

本发明提供一种氟化石墨烯材料的制备方法与应用，属于新材料领域。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂窝晶格的二维材料，只有一个碳原子厚度。近年来由于石墨烯独特的结构赋予其许多优异的理化性能，引起物理、化学、材料、电子、生物和力学领域的研究热潮，也被作为优良的增强相被应用于各类复合材料中。

石墨烯具有的优良理化特性主要包括以下几点：(1)优良的导电性能，其电子传输速度达到了光速的1/300，载流子迁移率可达2×10⁵cm²/(V·s)，约为硅中电子迁移率的140倍；电导率可达10⁶S/m，电流密度是铜的100倍。(2)良好的热导率，室温条件下石墨烯的热导率在(4.84±0.44)×10³到(5.30±0.48)×10³W/(m·K)之间，高于碳纳米管和金刚石，是室温下铜的热导率的10多倍，也是目前热导率最高的材料；(3)良好的透光性，透光率达到97.7％，是一种“透明”的导体材料；(4)优异的力学性能，比钢的硬度高100倍，这是由于石墨烯每个碳原子通过刚性的σ键与相邻的碳原子形成稳定的六角平面，其抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa，是已知材料中强度和硬度最高的晶体结构；(5)巨大的比表面积，理论值达到2630m²/g，3.5g石墨烯即可铺满一块标准足球场。基于上述卓越的功能特性，石墨烯在新能源、污染处理、微电子器件、光电催化等方面具有很大的应用前景。

氟化石墨烯是石墨烯衍生物的一种。研究表明：相比于特氟龙(Teflon)，作为二维的特氟龙材料——氟化石墨烯的各种优异性能更是有过之而无不及，例如良好的润滑性能和绝缘性能，可用于制造电子元器件或在表面领域发挥作用。截止目前氟化石墨烯的制备主要是通过两种方法，一种是超声剥离氟化石墨，缺点是得到的氟化石墨烯通常片层较厚且尺寸较小，而且溶剂难于分离，造成的污染也不容小觑。另一种是使用氟气或XeF₂对石墨烯进行氟化，缺点是价格昂贵、对操作设备要求较高，并且这两种氟化剂都有剧毒。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术中存在的问题，提供一种氟化石墨烯材料及其制备方法与应用，该制备方法工艺难度低、污染小、能耗低。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种氟化石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将氧化石墨烯溶液与HF酸混合，在20℃-80℃下进行回流搅拌反应，得到混合体系；

步骤2、将步骤1得到的混合体系进行水热反应，得悬浊液；

步骤3、去除所述悬浊液中过量的HF、干燥，得到氟化石墨烯。

在一可选实施例中，步骤1所述的氧化石墨烯含氧量为30wt％-60wt％。

在一可选实施例中，步骤1所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5mg/mL-5mg/mL，所述HF酸的质量浓度为20％-40％，所述氧化石墨烯溶液与HF酸的体积比为1:0.0125-0.25。