[发明专利]利用电场引导制备石墨烯纸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料合成领域，特别是涉及利用电场引导制备石墨烯纸的方法。

背景技术

插层石墨在1841年被发现后就被广泛深入的研究其性能及应用，因其保持了石墨良好的性能又具备一些独特的性能，可用于导体、超导体、电池等领域。

石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，为单层或多层的极薄的碳材料。由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点，吸引了诸多科技工作者。单层石墨烯拥有许多优良性质，如1.高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2.高热导率，(5,000W/mK)；3.高导电性、载流子传输率，(200,000cm²/V*s)等。用石墨烯做成的石墨烯纸也很多优良的性能，Ali R.Ranjbartoreh等人制备的石墨烯纸硬度达碳钢的两倍，厚度只有3um，但抗拉强度只有约78MPa(Ali R.Ranjbartoreh et al.JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 109，014306，2011.)，Xiaowei Yang等先制备氧化石墨纸，经还原后成为石墨烯纸，平均弹性模量只有76MPa，机械强度偏低(Xiaowei Yang.et al.Angew.Chem.Int.Ed.2011，50，7325-7328)。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供利用电场引导制备石墨烯纸的方法，通过该方法能够制得机械性能良好的石墨烯纸。

本发明提供的利用电场引导制备石墨烯纸的方法，包括以下步骤：

(1)取氯化物插层石墨，加入去离子水，搅拌下配成浓度为5～10g/L的插层石墨悬浊液；

(2)将插层石墨悬浊液进行超声波处理，使得插层石墨进行剥离，制得含有石墨烯的溶液；

(3)将含有石墨烯的溶液倒入过滤漏斗中，并将过滤漏斗置于电场强度为50～200V/m的均匀电场中，在电场力与电荷相互作用力的引导下，含有石墨烯的溶液中的石墨烯发生沉积；

(4)待石墨烯基本沉积后，进行过滤，烘干含滤物的滤纸，制得石墨烯纸。

步骤(1)为通过氯化物插层石墨制得插层石墨悬浊液。所述的氯化物插层石墨可采用常见的熔盐法或电化学法制得。优选地，氯化物选自氯化铁、氯化镍、氯化铜、氯化钴、氯化钾、氯化铅和氯化锌中的一种或其任意组合。

步骤(2)为利用超声波将插层石墨进行剥离，制得含有石墨烯的溶液。所述含有石墨烯的溶液中仍可能存在着部分未发生剥离的插层石墨。优选地，超声时间为10～15分钟。所述超声过程可使用超声清洗仪，所述超声清洗仪的功率优选为150～400w。

步骤(3)为利用电场引导沉积石墨烯。大部分从插层石墨上剥离出来产生的石墨烯在电场力与电荷相互作用力的引导下会以“砌墙”的方式进行堆叠，发生沉积。

优选地，步骤(4)中，还包括对滤液的检查步骤：用含Ag⁺的溶液检测滤液，如无氯离子，则将取下含滤物的滤纸；否则，再次过滤滤液。更优选地，再次过滤为缓慢往过滤漏斗中加入80～90℃的热水进行过滤。优选地，烘干条件为：在60℃温度下烘干12～18小时。

本发明提供的利用电场引导制备石墨烯纸的方法，设备简单，操作简易可行，易于实现自动化及工业化生产，其过程中石墨烯排列有序。通过本发明制备方法制得的石墨烯纸具有机械性能好，厚度可由插层石墨的量控制等优点，与常见的氧化还原法制备的石墨烯纸相比导电性高。

附图说明

图1为本发明实施例一所制得的石墨烯纸SEM图。

具体实施方式

以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

本发明提供了利用电场引导制备石墨烯纸的方法，包括以下步骤：

(1)取氯化物插层石墨，加入去离子水，搅拌下配成浓度为5～10g/L的插层石墨悬浊液；

(2)将插层石墨悬浊液进行超声波处理，使得插层石墨进行剥离，制得含有石墨烯的溶液；

(3)将含有石墨烯的溶液倒入过滤漏斗中，并将过滤漏斗置于电场强度为50～200V/m的均匀电场中，在电场力与电荷相互作用力的引导下，含有石墨烯的溶液中的石墨烯发生沉积；

(4)待石墨烯基本沉积后，进行过滤，随后整体取下含滤物的滤纸，烘干，即为石墨烯纸。