[发明专利]一种石墨烯及其低成本制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯及其低成本制备方法，将塑料制品超声清洗，随后将塑料制品破碎并球磨，得到塑料制品微碎片；然后通过碳化，球磨获得细粒度的碳化粉，再后对碳化粉进行二次煅烧，并通过洗涤、纯化、干燥后最终获得石墨烯；本发明以塑料制品或日常废弃塑料制品，尤其是聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料等为原料，通过特定工艺方法制备石墨烯，制备得到的石墨烯不仅具有成本低、层数可控、比表面积大、导电率高的优点，而且以废弃塑料为原料大大降低环保压力；本方法适合于低成本石墨烯的制备和生产，成果可以应用于导电材料、环保、涂料、散热结构、固体推进剂的研制。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯及其低成本制备方法，属于石墨烯制备技术领域。

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平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。从石墨烯上“裁剪”出不同形状的片层，翘曲能够得到零维的富勒烯，卷曲可以得到一维桶状的碳纳米管，堆叠可以得到三维的石墨，因此我们认为石墨烯是构成其它碳材料的基本单元，是目前为止最为理想的碳材料。以石墨烯为代表的二维晶体材料的成功制备，开辟了新型纳米材料和功能材料/器件发展的新纪元。

石墨烯独特的晶体结构，使其具有许多独特的性能，如超大的比表面积、优异的光学性能、良好的导电性和导热性、高的力学强度、高载流子浓度迁移率等。石墨烯的理论比表面积达到2630m²/g，大约3g石墨烯可以铺满一个标准足球场；石墨烯的光学透过率高达97.3％，近乎透明；石墨烯室温下载流子迁移速率高达200000cm²/(V·s)，是硅的140倍；石墨烯的理论电导率为10⁴S/m，是室温下导电性最佳的材料，并且其低温条件下电阻率甚至趋近于零，热导率高达5000W/(m·K)，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；石墨烯的杨氏模量高达1TPa，是钢的10几倍，堪称最硬的材料。石墨烯优异的综合性能使其在代替硅电子产品、光电子传感器、纳米电子器件、超级电容器、太阳能电池、燃料电池、锂离子电池、透明导电触摸面板、柔性显示屏、生物/分子传感器、光学调制器、医药材料、催化剂、抗菌/防腐蚀材料等十多个民用领域得到广泛应用。

目前，石墨烯的制备方法较多，常见的制备方法包括微机械剥离法、SiC外延生长法、氧化还原法和化学气相沉积(CVD)法。微机械剥离法可以制得微米级的石墨烯，但是其可控性差、产率较低，难以进行规模化生产；采用外延生长法，通过加热在SiC(0001)晶面表面外延生长可获得大面积的单层石墨烯，但是其生长效率低、可控性差且难以转移；氧化还原法是目前产业化石墨烯制备的主流方法，但是该方法获得石墨烯缺陷较多导致层数较多、品质较差，在电子领域应用比较困难；CVD法是获得高品质石墨烯的途径之一，但是其最大的问题也是难以产业化生产。因此，现有的主要制备技术存在成本高、产率低、耗时长、实验条件苛刻等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种石墨烯及其低成本制备方法，该方法以塑料制品或日常废弃塑料制品，尤其是聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料等为原料，通过特定工艺方法制备石墨烯，制备得到的石墨烯不仅具有成本低、层数可控、比表面积大、导电率高的优点，而且以废弃塑料为原料大大降低环保压力；本方法适合于低成本石墨烯的制备和生产，成果可以应用于导电材料、环保、涂料、散热结构、固体推进剂的研制。

本发明的上述目的主要通过如下技术方案予以实现：

一种石墨烯的低成本制备方法，包括如下步骤：

(1)、将塑料制品破碎或裁切后进行球磨，得到塑料碎片；

(2)、将所述塑料碎片在真空条件下进行高温碳化，并将碳化后得到的粉末块进行球磨，得到碳化粉；

(3)、将所述碳化粉在真空条件下，且通入还原气体和保护气体的条件下进行煅烧；