[发明专利]一种均匀分散的石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一制备种均匀分散的石墨烯/碳纳米管复合材料的方法—球磨法。本发明的技术方案是：添加一定质量比的石墨烯和碳纳米管至球磨罐中，控制球磨罐中大小球的比例固定为1：2，控制球磨转速在200‑600r/min，在不同时间下(2h,4h,6h)进行高能球磨，球磨后进行干燥研磨。所制得的石墨烯/碳纳米管复合材料的分散度及复合程度均较好。

技术领域

本发明设及一种复合材料的制备领域。主要应用于超级电容器，太阳能电池、锂离子电池等领域，具体涉及到使用球磨法制备均匀分散的石墨烯/碳纳米管复合材料的方法。

背景技术

石墨烯严格的二维结构使其具有优异的晶体特性和导电特性，尽管石墨烯研究的历史短，但是在物理和应用方面已有很多研究工作；是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，其理论比表面积可达2600m²/g，且只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K,高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10^-6Ω·cm，比铜或银更低，自旋轨道作用很小，而且碳元素几乎没有核磁矩，是目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

作为纳米材料中的重要一员，碳纳米管具有独特的结构和优异的性能，可以看作是石墨烯卷绕而成的无缝中空管，管上每个碳原子采取SP²杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭n电子云。按照管子的层数不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于碳纳米管具有较高的内聚力，极易形成相互缠绕的集聚结构，因此多数学者对其进行改性或处理研究使其分散更加均匀。

石墨烯和碳纳米管是同素异形体，性质上有一些异同，由于二者碳碳键的结合方式，导致二者相似的力学性能和热学性能，都表现为较高的热导率；然而两者结构的差异导致他们迥异的光学性能。由于石墨烯和碳纳米管间的协同效应,使得石墨烯/碳纳米管复合材料的导电性、机械性等性能得到增强,具有极大的比表面积、良好的导电性以及优异的力学性能,可制备高性能的复合材料。近十年来,石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法日趋成熟,在制备光电器件、储能电池、电化学传感器等领域的应用也逐渐崭露头角。

所以在本实验中，我们将石墨烯和碳纳米管复合，采用二维石墨烯和一维碳纳米管组成复合材料,不仅能抑制石墨烯因层间π-π作用堆积而造成的比表面积下降,电容性能变差等现象,更能利用协同效应得到单一碳材料所不具备的优异性能。制备出比电容高，循环稳定性好的电极材料。最重要是在本实验中碳纳米管能在石墨烯中分散性得到很大的提升，使复合材料的性能得到很大提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种均匀分散的石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，该发明操作简单，绿色环保，不需要使用任何化学方法，石墨烯和碳纳米管的分散性较好，适用于工业生产。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

提出一种合成碳基纳米复合材料的物理方法—球磨法制备石墨烯/碳纳米管复合材料，包括以下步骤：

(1)原料制备：使用石墨烯和碳纳米管成品，控制碳纳米管和石墨烯的质量比为1：(1-99)。

(2)球磨过程：将石墨烯和碳纳米管加入到球磨罐中，控制球磨时间和转速，此过程中石墨烯和碳纳米管保持一定质量比，保证能获得均匀分散的复合材料。

称取一定质量的石墨烯和碳纳米管，在超声清洗剂中超声10-20min进行简单分散后转移至球磨罐中，加入适量的分散剂无水乙醇，淹没材料即可。