[发明专利]石墨烯纳米带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种导电率高、比表面积大、低密度的石墨烯纳米带及其制备方法。 

背景技术

石墨烯是由单层碳原子组成的二维晶体，具有超高比表面积、优良的导电、导热性能以及超高的机械强度等优异的性能，因此使其在很多领域有良好的应用前景，例如：场效应晶体管、高频器件、超级微处理器和单分子探测器、可控透气膜、各向异性离子传导体、超级电容器等领域。然而石墨烯应用的一大阻碍问题就是石墨烯宏观结构的组装，目前在石墨烯薄膜以及块体组装方面有较多成功案例，但目前石墨烯纳米带的制备方法较少。 

公开号为CN 103879993 A的中国发明专利，利用紫外光作为光催化剂，碳源经过光催化化学气相沉积反应在经过刻蚀的金属衬底上生成碳纳米壁，将该碳纳米壁刮下得到碳纳米壁粉末，将该碳纳米壁粉末作为石墨烯纳米带的原料，利用冷热交替使插层碳纳米壁瞬间受巨大温差而剥离得到尺寸均一性较高的石墨烯纳米带。公开号为CN 103833023 A的中国发明专利，将碳纳米管经酸溶液、碱溶液搅拌浸泡，过滤干燥并在惰性气体保护下加热到800~1000℃后保温3~5 min，取出所述碳纳米管并置于-170~-200℃的环境中保持3~5 min，之后将碳纳米管在离子液体中进行剥离处理，过滤、干燥即可得到石墨烯纳米带。这两种方法能够保持石墨烯纳米带结构完整性，制备得到质量较好的石墨烯纳米带，但上述方法的制备工艺复杂，对材料和设备的要求很高，不利于大规模生产石墨烯纳米带。 

发明内容

针对上述现有技术，本发明解决的技术问题是提供一种比表面积大、低密度、石墨烯纳米带，以及这种石墨烯纳米带的简单制备方法。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯纳米带，石墨烯纳米带长度为导电率为112S/cm~ 500 S/cm，比表面积312 m²/g ~700 m²/g，密度0.4 g/cm^-3~1.2 g/cm^-3，比电容为120 F/g~200 F/g。这种导电率高、比表面积大、密度小的石墨烯纳米带，提高了现有技术中石墨烯纳米带的导电性能低、比表面积小等缺点，使得石墨烯纳米带在超级电容器中应用得到有效提高。 

作为本发明的进一步改进，石墨烯纳米带的长度为200 nm~50 μm。 

作为本发明的进一步改进，石墨烯纳米带呈扭曲螺旋结构。 

作为本发明的进一步改进，石墨烯纳米带的结构维度处于一维结构的碳纳米管和二维结构的石墨烯之间。 

本发明还提供这种导电率高、比表面积大、低密度的石墨烯纳米带的简单制备方法，包括以下步骤： 

取一定量氧化石墨烯分散在水或有机溶液中，配制一定浓度的氧化石墨烯溶液，将该氧化石墨烯溶液迅速冷冻固化，再就其进行冷冻干燥处理，直接到氧化石墨烯纳米带，最后将氧化石墨烯纳米带经还原处理得到石墨烯纳米带。

作为本发明的进一步改进，氧化石墨烯的浓度控制在0.1 mg/mL~14.8 mg/mL间， 

作为本发明的进一步改进，上述氧化石墨烯的浓度控制在5 mg/mL~8 mg/mL。

作为本发明的进一步改进，氧化石墨烯分散的有机溶液为甲酰胺、已腈、甲基腈、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、二氧六环、四氢呋喃、正丁醇、乙酸乙酯、乙醚、异丙醚、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、己烷、氮氮二甲基酰胺中的任意一种。 

作为本发明的进一步改进，氧化石墨烯溶液急速冷冻环境为液氮、干冰、干冰/丙酮、正辛烷/干冰/异丙醚/干冰、丙酮/干冰、乙酸丁酯/干冰、丙胺/干冰、乙酸乙酯/液氮、正丁醇/液氮、己烷/液氮、丙酮/液氮、甲苯/液氮、甲醇/液氮、乙醚/干冰、环己烷/液氮、乙醇/液氮、乙醚/液氮、正五烷/液氮、异戊烷/液氮中的任意一种。 

作为本发明的进一步改进，迅速冷冻固化的时间为60 s~300 s，冷冻干燥的时间为12 h~48 h。 

作为本发明的进一步改进，冷冻干燥的温度控制在-40℃~-60℃。 

作为本发明的进一步改进，氧化石墨烯纳米带在惰性气体条件和400℃~800℃高温环境下热还原处理10 min~90min，得到石墨烯纳米带。 

作为本发明的进一步改进，氧化石墨烯纳米带在氮气、氩气、氙气环境下和500℃~650℃环境下热还原处理20 min~60 min。 

作为本发明的进一步改进，氧化石墨烯纳米带可通过激光还原，激光还原的时间为2min-1h。