[发明专利]一种石墨烯复合材料的制备方法及石墨烯复合材料

说明书

本发明公开了一种石墨烯复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)配置分散剂和纳米无机材料的水悬浮液，将层状石墨加入到该水悬浮液中，制得层状石墨悬浮液，进行剪切分散，采用高压微射流均质撞击制得纳米无机材料和石墨烯水性分散液；(2)将纳米无机材料和石墨烯水性分散液喷雾干燥或离心干燥，在300～800℃下进行煅烧，即得石墨烯复合材料。本发明的方法制的石墨烯复合材料中石墨烯的层数少且层数分布集中。扫描电镜随机测试显示石墨烯基本都在10层以内，此方法生产时间短，石墨烯得率高，可以根据应用要求快速进行响应，减少不同厂家，不同工艺生产的石墨烯参差不齐而对应用效果产生干扰。

技术领域

本发明属于石墨烯材料领域，更具体地说，涉及一种石墨烯复合材料的制备方法及该方法制备的石墨烯复合材料。

背景技术

石墨烯是一种碳原子紧密堆积成单原子二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，由于其超薄、二维(2D)的性质及其前所未有的性能，石墨烯已成为研究最热的纳米材料。其超高的比表面积(单层石墨烯比表面积理论计算为2620m²/g)、优异的电子迁移率(200000cm²/(V·s))、高的热导率(导热系数高达5300W/m·k)、超强的力学性能和良好的生物相容性。

石墨烯制备方法主要有机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。机械剥离方式中的液相剥离法能大规模制备二维材料纳米片的分散液，剥离制备的二维材料纳米片具有纯度高、晶体质量好和简单易得的优点，但是剥离过程中尺寸不易控制且重复性差、时间长、有时采用毒性较强的溶剂，而且制备的石墨烯得率极低。

现有技术中，石墨烯和无机材料(例如金属、金属氧化物)形成的复合材料广泛应用各种领域，例如，导热导电、超级电容器、锂电池、电催化和燃料电池等领域。石墨烯复合材料是石墨烯应用研究中的重要领域。

目前，这类石墨烯复合材料的主要制备方法为将市面采购回来的石墨烯分散到溶液中，再将无机盐分散到其中，在溶液中进行原位还原或水解成氧化，再进行水洗处理杂质及高温处理得到最终产品。现有制备石墨烯和无机材料的复合材料的方法对反应要求更高，不易形成规模化制备。其次石墨烯获得渠道不同，导致石墨烯的厚度参差不齐，这对石墨烯复合材料的应用产生较大的影响。市售石墨烯的层数一般比较大，大约在15～30层，不能体现出真正石墨烯的导电、导热、催化等性能，Partoens等(2006)研究发现，当石墨层的层数少于10层时，就会表现出较普通三维石墨不同的电子结构，因此石墨烯的层数越少，层数分布越集中，越能体现出石墨烯优异的性能。[Partoens B,Peeters F M.From grapheneto graphite:electronic structure around the K point.Phys Rew B,2006,74:075404-075411.]

现有技术中制备石墨烯和无机材料的复合材料存在各种各样的问题，包括，石墨烯的层数较多且层数分布不集中、制备方法复杂，产品中引入的杂质较多等问题。因此真正实现石墨烯复合材料大规模合成和产业化应用仍面临大量的问题和挑战。

因此，需要一种能制得层数少和且层数分布集中的石墨烯复合材料的制备方法，且该方法简单，成本低。

发明内容

针对现有技术中石墨烯复合材料制备方法存在的缺陷，本发明的目的是提供一种石墨烯复合材料的制备方法，该制备方法步骤简单，温和，制得的产品中石墨烯层数少且层数分布集中。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)配置分散剂和纳米无机材料的水悬浮液，将层状石墨加入到该悬浮液中，制得层状石墨悬浮液，进行剪切分散，采用高压微射流均质撞击制得纳米无机材料和石墨烯水性分散液；