[发明专利]一种碳纳米管制备石墨烯的方法及其应用

说明书

本发明涉及石墨烯及其复合材料的制备的技术领域，具体涉及一种碳纳米管制备石墨烯的方法及其应用，室温下，将碳纳米管在溶剂中进行分散，并将其分散液涂敷在洁净的金属基片表面；待溶剂挥发后，在室温无润滑条件下，用金属基片将碳纳米管夹在中间进行轧制；轧制一次后，将样品对半折叠，继续轧制，重复对折、轧制至一定道次；轧制完成后，碳纳米管逐渐展开生成石墨烯。本发明的制备方法无需采用化学试剂，工艺简单，无化学污染，效率高，能得到层数低的高质量石墨烯，适合工业化生产。本发明利用本发明制备的石墨烯直接作为增强体，实现复合材料强度与塑性的良好平衡，同时能突破添加石墨烯体积分数的限制，使复合材料达到更高的强度。

技术领域

本发明涉及石墨烯及其复合材料的制备的技术领域，具体涉及一种碳纳米管制备石墨烯的方法及其应用。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化为结合方式组成六边形呈蜂窝状有序排列的二维材料。石墨烯自被发现以来，就备受研究者的关注。石墨烯具有优良的导热性和导电性，其理论比表面积高达2630m²/g。同时，石墨烯也具有极高的强度和杨氏模量，其强度高达130GPa，是目前已知强度最高的材料。碳纳米管的力学和导电性能同样优异，与石墨烯相比，其表面积相对较低，故采用石墨烯制备复合材料时，石墨烯的强化效率更高。目前，石墨烯的制备方法主要有：氧化还原法、外延生长法、化学气相沉淀法和机械剥离法等。其中，氧化还原法操作简单、产量高，但是制得的石墨烯品质较差，现有研究中，也有采用该方法将碳纳米管展开制备石墨烯，但是该方法使用化学试剂，会产生大量废液，不利于环保；外延生长法和化学气相沉淀法都可以制备质量较高的石墨烯，但因其工艺复杂，成本较高。机械剥离法制备的石墨烯品质差、缺陷多且制备效率低，难以实现工业化生产。因此，目前的制备方法成本高或具有一定的化学污染。

石墨烯由于其二维平面结构，比表面积大，采用石墨烯作为增强相可以有效地阻碍位错的运动，对于金属基体具有极好的强化效果，且强化效率极高。因此石墨烯被广泛用于金属复合材料中，但目前其他研究结果表明：添加石墨烯，往往会受到添加体积分数的限制，石墨烯体积分数高时复合材料强度提升不明显，当体积分数加到3vol％以上时制备的石墨烯金属基复合材料性能反而会下降。可能的原因是供货态石墨烯一般尺寸较大，以微米级为主，由于其特殊的二维结构且比表面积高导致其高体积分数时容易发生团聚难以均匀分散在金属基体中，即无法充分发挥石墨烯的作用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种碳纳米管制备石墨烯的方法，工艺简单，无污染性，效率高，得到层数低的高质量石墨烯。

本发明的目的之二在于提供一种碳纳米管制备石墨烯的方法的应用，制备石墨烯增强金属复合材料，利用本发明制备的石墨烯直接作为增强体，实现复合材料强度与塑性的良好平衡，同时能突破添加石墨烯体积分数的限制，使复合材料达到更高的强度。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种碳纳米管制备石墨烯的方法，包括以下步骤：

A1、室温下，将碳纳米管在溶剂中进行分散，并将其分散液涂敷在洁净的金属基片表面；

A2、待溶剂挥发后，在室温无润滑条件下，用金属基片将碳纳米管夹在中间进行轧制；轧制一次后，将样品对半折叠，继续轧制，重复对折、轧制至一定道次；

A3、轧制完成后，碳纳米管逐渐展开生成石墨烯。

优选地，所述步骤A1中，金属基片为铝片、铜片、钛片中的任意一种；溶剂为无水乙醇或丙酮。

优选地，所述步骤A1中，碳纳米管的长度为10-30μm，管径为10-50nm。

优选地，所述步骤A2中，每次轧制控制样品在厚度方向上的变形量大于或等于50％。

优选地，所述步骤A2中，累积对折轧制10-150道次。

优选地，所述步骤A2中，轧制速度为100-300mm/min。