[发明专利]一种水分散型石墨烯/Fe3O4复合粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯基复合材料的制备领域，特别涉及一种水分散型石墨烯/Fe3O4复合粉体的制备方法。

背景技术

石墨烯是2004年被发现的一种新型二维平面碳纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富且新奇的物理性能。过去几年里，石墨烯已经成为了备受瞩目的研究热点。研究表明，石墨烯具有超薄、超坚固和超强导电性能等特性，可望在纳米电子器件、复合材料、能量存储以及生物医学等领域获得广泛应用。

近年来研究者发现，石墨烯基复合材料也具有高硬度、高电导率等优异性能。G.Williams等在ACS Nano 2(2008)1487-1491上报道了利用TiO₂的光催化作用还原氧化石墨制备得到石墨烯/TiO₂复合物，2.6～4nm的TiO₂颗粒附着在大约2.2nm厚的石墨烯片上。Y.J.Kin等在Applied Physics Letters 95(2009)213101-1-213101-3上报道了利用气相外延法使ZnO纳米棒垂直生长在石墨烯表面。Y.Fan等在Carbon 48(2010)1743-1749上报道了采用机械球磨法制备得到石墨烯/Al₂O₃复合物粉末，将Al₂O₃的电导率提高了13～16个数量级。

由于铁氧体优异的磁性能以及其在生物、医药等领域的应用潜力，石墨烯与铁氧体的复合材料也越来越受到关注。T.Wang等在Journal of Materials Chemistry 20(2010)5538-5543上报道了利用微波辅助加热并煅烧的方法制备了石墨烯/Fe₃O₄复合粉体，Fe₃O₄的粒径为20～70nm。Y.Chen等在Journal of Physical Chemistry C 114(2010)17465-17471上报道了将氧化石墨与Fe₃O₄热还原得到石墨烯/Fe₃O₄复合薄膜的方法。H.P.Cong等在Small 6(2)(2010)169-173上报道了将氧化石墨热还原制备得到石墨烯后再与Fe₃O₄进行复合制备石墨烯/Fe₃O₄复合物的方法。申请人在Carbon 49(2011)47-53上报道了一步溶剂热法制备石墨烯/Fe₃O₄复合粉体的方法，得到的Fe₃O₄的粒径为100nm左右。

目前制备石墨烯/Fe₃O₄复合材料的方法主要存在以下缺陷：工艺步骤较多、成本较高，而且所制得的复合物在水溶液中的分散性不好，限制了这种复合材料的应用领域。因此寻找工艺简便、适合工业生产的制备在水中分散性好、结晶好、不易团聚、磁化强度较高的石墨烯/Fe₃O₄复合材料的方法日渐成为研究的热点。目前未见制备如上所述水分散型石墨烯/Fe₃O₄复合粉体的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水分散型石墨烯/Fe₃O₄复合粉体的制备方法，该方法简单，易于工业化生产；所制备的石墨烯/Fe₃O₄复合粉体中Fe₃O₄晶相纯、颗粒尺寸小、 不易团聚、与石墨烯复合良好、在石墨烯表面与层中分散性好，复合粉体电阻率小、磁化强度高，在水中的分散性好，具有良好的应用前景。

本发明的一种水分散型石墨烯/Fe₃O₄复合粉体的制备方法，包括：

(1)在室温下，将质量比为1∶5～1∶20的氧化石墨与聚苯乙烯磺酸钠超声分散到水中，形成反应液，升温至90～110℃，反应8～16h，其中，氧化石墨与水的质量体积比为50～200mg∶100ml；