[发明专利]一种石墨烯分散液及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种石墨烯分散液及其制备方法与用途，所述方法包括如下步骤：(1)均匀混合石墨烯与十六烷基三甲基溴化铵，得到表面功能化的石墨烯；(2)混合去离子水与步骤(1)所得表面功能化的石墨烯，第一次超声时加入表面活性剂，静置后第二次超声，得到混合均匀的混合液；(3)离心处理步骤(2)所得混合液，收集上层液体，得到分散液；(4)混合氢化钠与步骤(3)所得分散液，惰性气体保护下升温进行反应，冷却后得到所述石墨烯分散液。本发明所得石墨烯分散液中石墨烯均匀地分散于去离子水中，分散效率高，粘度低至4239cps，石墨烯结构完整，制备得到的石墨烯分散液的导电性能良好，电阻率低至38Ω·cm。

技术领域

本发明属于导电材料技术领域，涉及一种石墨烯导电材料，尤其涉及一种石墨烯分散液及其制备方法和用途。

背景技术

石墨烯是一种二维蜂窝状碳材料，由碳原子按照六边形进行排布而组成。碳碳原子之间由sp²杂化结合而成，其结构非常稳定。石墨烯特殊的结构致使其具有很多优异的性质。石墨烯是目前发现硬度最大的物质，且由极好的力学性能，其理论比表面积大，具有突出的导热性能，且石墨烯具有良好的导电性，在室温下，其电子迁移率高达20000cm²/(V·s)。然而，石墨烯大的比表面积往往使其团聚在一起，不仅降低了自身的吸附能力而且影响石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响石墨烯增强复合材料性能的改进。

CN 106115668 A公开了一种石墨烯的分散方法及石墨烯复合材料，该方法使硬质材料颗粒处于振动流化且不规则运动状态，将氧化石墨烯溶液均匀喷洒在硬质材料颗粒表面，得到均匀分散的石墨烯复合材料。该方法虽然能够解决石墨烯易团聚的问题，但其得到的是一种石墨烯复合材料，包括硬质材料颗粒及其表面均匀分散复合的石墨烯层，并不能将石墨烯均匀地分散在水中。

CN 108726513 A公开了一种石墨烯分散液的制备方法，该方法首先由氧化石墨烯制备得到石墨烯粉体，再将石墨烯粉体在溶剂中进行超声、匀浆处理，加入分散剂与表面活性剂后再次进行超声处理，最终通过离心得到石墨烯分散液。但该方法多次使用超声波超声，耗能大且易破坏石墨烯结构，不利于提高石墨烯分散液的性能。

CN 106902701 A公开了一种石墨烯分散剂，所述石墨烯分散剂由以下质量分数的组分组成：N-甲基吡咯烷酮1-3份，十六烷基苯磺酸钠1-4份，十二烷基苯磺酸钠1-4份，聚乙烯吡咯烷酮1-3份，木质素磺酸钠1-4份，胆酸钠1-4份，十六烷基三甲基溴化铵1-2份，聚氧乙烯月桂醚1-3份，吐温80 1-3份，聚乙二醇对异辛基苯基醚1-3份，赖氨酸1-4份，聚乙烯醇1-3份，聚丙烯酰胺1-3份，聚丙烯酸1-3份，聚甲基丙烯酸1-3份，聚氧化乙烯1-4份。虽然该石墨烯分散剂能够迅速分散石墨烯且使石墨烯长时间不团聚，但该方法所用分散剂种类繁多，不利于石墨烯性能的稳定性。

刘朋等发表了石墨烯均匀分散问题研究进展(材料导报，2016,30(10)：39-45)，该研究表明，通过原位聚合法、石墨烯的功能化、石墨烯的改性、磺化沉淀或枝接官能团的方法提高石墨烯的分散性能，但并未给出具体的操作方法。

因此，提供一种分散性能良好的石墨烯分散液及其制备方法与用途，对于提高石墨烯的应用潜能具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯分散液及其制备方法与用途，该方法能够使石墨烯均匀地分散于水中，分散效率高，分散稳定性好，且该方法对石墨烯结构的破坏小，制备得到的石墨烯分散液的分散性能良好，导电性能优良。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种石墨烯分散液的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)均匀混合石墨烯与十六烷基三甲基溴化铵，得到表面功能化的石墨烯；