[发明专利]高效率制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的制备方法。

背景技术

石墨烯是目前已知最薄的二维材料，单层石墨烯具有理想二维晶体结构，由六边形晶格组成。2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(AndreK.Geim)等（Science,2004,306:666）用一种极为简单的方法———微机械剥离法(Micromechanicalcleavage),在高定向热解石墨上用透明胶带进行反复撕揭,得到单层石墨烯。随后石墨烯及氧化石墨烯在全世界范围内引起了一股研究热潮。

石墨烯具有许多奇特的特性，具有优异的电学、光学、热学和力学性质，很有可能在很多领域引起革命性的变化。理想的单层石墨烯具有超大的比表面积(2630m²/g)，是很有潜力的储能材料。石墨烯是一种没有能隙的半导体，它具有比硅高很多的载流子迁移率(2×10⁵cm²/(V.s))，在室温下有微米级的平均自由程和大的相干长度，因此石墨烯是纳米器件的理想材料；石墨烯具有良好的导电性，其电子的运动速度达到了光速的1/300，同时石墨烯具有良好的透光性，是传统ITO膜潜在替代产品。石墨烯具有良好的热学性质，热导率为3080～5150W/mK。石墨烯是目前已知强度最高的材料，其理想强度为110~130GPa，是各种复合材料的理想增强体。

近几年来,人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展，除了微机械剥离法之外，发展了氧化石墨的热膨胀法和还原法、晶体外延生长、化学气相沉积和有机合成等多种制备方法。上述方法中氧化石墨的热膨胀法和还原法可以大量制备氧化石墨烯和石墨烯，但由于经过强氧化剂的作用，结构中缺陷较多，综合性能下降；晶体外延生长、化学气相沉积等方法适合制备大面积的石墨烯，不适合制备许多领域需要的大批量、小面积（每片面积小于1mm²）的石墨烯或氧化石墨烯。

石墨烯（氧化石墨烯）应用的一般方法是先制备出石墨烯，然后将其单独使用或与其它物质复合在一起使用。而且石墨烯（氧化石墨烯）与其它物质复合在一起进行使用是很常见的情况。实际使用时还面临石墨烯之间易复合、分散困难的问题。

发明内容

本发明提供了高效率制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的方法，以解决石墨烯或氧化石墨烯本身易复合、现有方法制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物工艺步骤多、成本较高、分散困难的问题。

本发明是通过下述方案实现的：

方案一：高效率制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的方法是按下述步骤进行的：一、将碳素材料粉、固体颗粒和液体工作介质混合后进行机械剥离；二、去除非目标复合物的物质：去除液体工作介质，而固体颗粒至少保留一种，即获得石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物；其中，所述固体颗粒的平均粒径在1nm~100μm，所述液体工作介质在机械剥离的工作温度下表面张力为10~73mN/m且粘度为1×10⁹mPa·s，在机械剥离过程中加入分散剂，分散剂用量为液体工作介质的0~20%。

方案二：高效率制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的方法是按下述步骤进行的：一、将碳素材料粉、固体颗粒和液体工作介质混合后进行机械剥离；二、去除非目标复合物的物质：固体颗粒全部去除或者至少保留一种；即获得石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物；其中液体工作介质在机械剥离的工作温度下表面张力为10~73mN/m且粘度为1×10⁹mPa·s，所述固体颗粒的平均粒径在1nm~100μm，在机械剥离过程中加入分散剂，分散剂用量为液体工作介质的0~20%，液体工作介质为高分子化合物。

方案三：高效率制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的方法是按下述步骤进行的：一、在气流粉碎机内，用气体工作介质和粒径为1nm~100μm的固体颗粒对碳素材料粉进行机械剥离，剥离时间在5分钟以上；二、去除非目标复合物的物质：固体颗粒至少保留一种；即获得石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物。