[发明专利]一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯‑二氧化钛纳米复合材料的制备方法。该制备方法利用石墨的良好导电性和高温稳定性，其能够在微波等离子体设备中产生电晕放电，裂解碳源，并在二氧化钛纳米颗粒表面成核生长，可获得石墨烯‑二氧化钛纳米复合材料，从而提高制备效率，解决了传统化学气相沉积方法中，超高温容易造成二氧化钛纳米颗粒严重团聚的问题。

技术领域

本发明涉及石墨烯基复合材料的制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯，是由碳原子组成的二维纳米材料，与石墨、金刚石互为同素异形体。石墨烯具有诸多优异的物理化学性质，例如高机械强度(～1.1TPa)、超高透光度(～97.7％)、超高热导率(＞5000W/mK)等。上述优异的性质使其在复合材料、透明导电薄膜等领域有着广阔的应用前景。石墨烯的制备方法通常包括以化学气相沉积为代表的自下而上法和液相剥离为代表的自上而下法两大类。自下而上法，是指由分子或原子开始，借助于催化等途径，实现化学键的重构，得到品质较高的石墨烯薄膜，能够满足某些高端领域的应用需求。但化学气相沉积法，其制备往往需要1000℃以上高温，能耗较高，制备效率较低，适用范围并不广泛。与之相对比的是自上而下方法，其从石墨出发，通过球磨为代表的物理途径或还原氧化为代表的化学途径得到石墨烯粉体，实现规模化制备。但上述方法得到的石墨烯品质往往较低，可以用于高分子复合材料、电池等对石墨烯性能要求较低的领域。

石墨烯基纳米复合材料，往往通过化学气相沉积的方法制备，需要经过长时间的高温(＞1000℃)和必要的金属催化裂解，条件比较苛刻。对绝大多数的无机纳米颗粒，其在过高的温度条件下会发生相变和严重的团聚现象，同时其自身并不能催化碳源裂解，导致石墨烯基的无机纳米复合材料制备比较困难。为了能够高效快速低成本制备石墨烯基纳米复合材料，急需提高碳源裂解程度，解决高温下相变和团聚问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是在通过化学气相沉积方法制备石墨烯时所采用的无机纳米颗粒在过高的温度条件下容易发生相变和严重的团聚现象，同时其自身并不能催化碳源裂解，从而导致石墨烯基的无机纳米复合材料制备比较困难等问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明在第一方面提供了一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)提供二氧化钛纳米颗粒；

(2)将二氧化钛纳米颗粒置于微波等离子体设备中，并在微波等离子体设备中放置石墨棒，然后将所述微波等离子体设备密封，持续通入惰性气体和碳源物质；

(3)开启微波等离子体设备，利用石墨的导电性，产生的电晕放电现象，将碳源裂解，从而通过原位生长法在二氧化钛纳米颗粒的表面形成石墨烯，最终制备得到石墨烯-二氧化钛纳米复合材料。

本发明在第二方面提供了一种石墨烯-二氧化钛纳米复合材料，所述复合材料按照本发明第一方面所述的制备方法制备得到。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过借助于导电性较好的石墨棒在微波等离子体设备体系内产生电晕放电现象，可以使得碳源有效裂解为碳碎片，并在二氧化钛纳米颗粒表面原位生长为石墨烯，最终制备得到石墨烯-二氧化钛纳米复合材料。与现有化学气相沉积法的高温(＞1000℃)相比，通过本发明制备得到的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料具有原位一次成型的优势，其体系内部温度仅为500-700℃，有效避免了高温带来的相变和团聚，同时有效缩短制备周期，降低制备成本。

附图说明

本发明附图仅仅为说明目的提供，图中比例与尺寸不一定与实际产品一致。

图1是本发明中的石墨烯-二氧化钛纳米复合物制备流程示意图。