[发明专利]一种高耐磨石墨烯材料的制备方法

说明书

一种高耐磨石墨烯材料的制备方法，原料为：石墨、纳米二氧化硅、白炭黑、膨润土、锡、一水硫酸亚铁、磁铁矿、碳化硅、氧化钯、氧化锡、炭黑、双酚A、硬脂酸镉、PBT和抗氧剂，混合均匀、挤出造粒后煅烧即得；原料来源广泛，弯曲模量2400‑2800MPa，成本低廉，洛氏硬度160‑200，耐磨性好；断裂伸长率高达600‑800%，拉伸强度200‑600MPa，离火自熄；压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，弯曲强度180‑220MPa，残余内应力小；适用范围广，高效节能，可以精确制备，悬臂梁冲击强度175‑195J/m，使用方便，导热性好，工艺简单，可以广泛使用。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料，尤其涉及一种高耐磨石墨烯材料的制备方法。

背景技术

石墨烯的化学性质与石墨类似，石墨烯可以吸附并脱附各种原子和分子。当这些原子或分子作为给体或受体时可以改变石墨烯载流子的浓度，而石墨烯本身却可以保持很好的导电性。但当吸附其他物质时，如H+和OH-时，会产生一些衍生物，使石墨烯的导电性变差，但并没有产生新的化合物。因此，可以利用石墨来推测石墨烯的性质。例如石墨烷的生成就是在二维石墨烯的基础上，每个碳原子多加上一个氢原子，从而使石墨烯中sp2碳原子变成sp3杂化。可以在实验室中通过化学改性的石墨制备的石墨烯的可溶性片段。

溶解性：在非极性溶剂中表现出良好的溶解性，具有超疏水性和超亲油性。熔点：科学家在2015年的研究中表示约4125K，有其他研究表明熔点可能在5000K左右。其他性质：可以吸附和脱附各种原子和分子。

氧化石墨烯（grapheneoxide，GO）：一种通过氧化石墨得到的层状材料。体相石墨经发烟浓酸溶液处理后，石墨烯层被氧化成亲水的石墨烯氧化物，石墨层间距由氧化前的3.35Å增加到7~10Å，经加热或在水中超声剥离过程很容易形成分离的石墨烯氧化物片层结构。XPS、红外光谱（IR）、固体核磁共振谱（NMR）等表征结果显示石墨烯氧化物含有大量的含氧官能团，包括羟基、环氧官能团、羰基、羧基等。羟基和环氧官能团主要位于石墨的基面上，而羰基和羧基则处在石墨烯的边缘处。

化学气相沉积法即（CVD）是使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法。这是目前生产石墨烯薄膜最有效的方法。这种方法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特点，但现阶段成本较高，工艺条件还需进一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄，因此大面积的石墨烯薄膜无法单独使用，必须附着在宏观器件中才有使用价值，例如触摸屏、加热器件等。

低压气相沉积法是部分学者使用的，其将单层石墨烯在Ir表面上生成，通过进一步研究可知，这种石墨烯结构可以跨越金属台阶，连续性的和微米尺度的单层碳结构逐渐在Ir表面上形成。毫米量级的单晶石墨烯是利用表面偏析的方法得到的。厘米量级的石墨烯和在多晶Ni薄膜上外延生长石墨烯是由部分学者发现的，在1000℃下加热300纳米厚的Ni 膜表面，同时在CH4气氛中进行暴露，经过一段时间的反应后，大面积的少数层石墨烯薄膜会在金属表面形成。

石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管（3500W/mK）和多壁碳纳米管（3000W/mK）。当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK。此外，石墨烯的弹道热导率可以使单位圆周和长度的碳纳米管的弹道热导率的下限下移。

石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极双层石墨烯场效应晶体管施加电压，石墨烯的带隙可在0~0.25eV间调整。施加磁场，石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。