[发明专利]一种制备大尺寸石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用机械法制备石墨烯的方法，具体是一种制备大尺寸石墨烯的方法。

背景技术

目前石墨烯的制备方法主要有机械法、氧化法、基片生长法和液相法，其中机械法是直接采用机械解理从块状石墨剥离出石墨烯的方法，这种机械解理可制备出高质量和大尺寸的石墨烯，但是效率和产量都极低，很难获得大量的大尺寸石墨烯，自胶带黏贴的微机械解理法制备出石墨烯以后，机械方法基本没有更大的进展。

基于此，特提出本发明。

发明内容

本发明为了解决现有机械法制备石墨烯存在很难获得大量的大尺寸石墨烯的问题，提出一种制备大尺寸石墨烯的方法，可以方便地制备出大量大尺寸的石墨烯。

本发明的技术方案是：一种制备大尺寸石墨烯的方法，包括如下的步骤：

1)将有尖角的块状石墨放置在射流机前，该尖角对应射流机的喷口；

2)启动射流机，将包含有小尺寸原初石墨烯的流体喷射到块状石墨的尖角上，持续喷射到两层石墨片之间嵌入有原初石墨烯；

3)取下被喷射处理过的块状石墨，清理块状石墨上表面和下表面上的残余流体；

4)从块状石墨嵌有原初石墨烯的尖角一端开始，粘贴后逐层撕扯出石墨烯；

5)重复步骤4)，直到获得足够多的石墨烯。

这样设置后，可以只处理尖角处很小面积的端面，就能通过撕扯的方法得到期望面积的石墨烯，此方法可以方便地制作出大尺寸的石墨烯。

进一步地，所述块状石墨为高定向热解石墨。高定向热解石墨中的杂质含量低，片层结构非常规范，可以连续制备出大尺寸的石墨烯。

进一步地，所述流体的主体物质为水、乙醇或者其他有机溶剂。

进一步地，所述流体中还包含有表面活性剂。在石墨片间嵌入原初石墨烯后，表面活性剂进入石墨片间，从而阻止石墨片之间的结合，进一步分离石墨片。

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮或者吐温80。这些表面活性剂都是环境友好型的物质，对操作者无毒性。

进一步地，所述射流机有流体收集装置和过滤装置，被收集并过滤后的流体被重新利用，从射流机的喷口喷出，射向块状石墨。这样可以循环使用喷射的流体，达到设备小型化的效果。

进一步地，在步骤2)之前对块状石墨的尖角临近顶角一端的端面进行镜面抛光。形成一个表面粗糙度很高的光滑平面，有利于原初石墨烯嵌入到石墨片层之间。

本发明的原理是：石墨是由多层石墨片堆叠组成的物体，层间的距离约为0.335nm，这个距离很小，甚至小于很多物质原子和分子的直径，因此在通常条件下很少有物质能够进入到石墨层之间。石墨烯的厚度只有一个碳原子直径大小，也就是约0.18nm，小于石墨的层间距离。利用石墨烯本身厚度只有一个原子直径大小的特点，同时利用石墨烯超高的硬度和强度，通过射流的流体裹挟，将一些原初石墨烯嵌入到石墨层的片层之间，让原来紧密的石墨片层出现缺陷，从而让单层石墨片即石墨烯从石墨中剥离出来；另外由于原初石墨烯的干扰，给粒子尺寸较大的流体如水和表面活性剂得以进入到石墨片层之间的机会，进一步破坏了石墨片层之间的范德华力，在流体的冲击下，单片或者少量片层的石墨烯从石墨中分离出来。另外由于石墨烯是强度非常高的材料，只要有一个小小的着力点，并且把这个着力点作为尖角的顶点，就能以这个顶点为起点，逐渐地扩大石墨烯形成的尖角面积，当这个尖角面积足够大时，就可以撕扯出更大面积的三角形、多边形、圆形或者其他形状的石墨烯来，当然了，制造商可以事先制造好块状石墨的总体平面形状，制备出自己需要的各种形状的大面积、大尺寸的石墨烯来。

本发明的有益效果是：1、通过在块状石墨上制作处尖角，以小面积的尖角顶角为起点，制作出大面积的石墨烯，起到“以小博大”的效果；2、通过将原初石墨烯嵌入到石墨片层间，破坏了块状石墨的原有结构，使得石墨烯从块状石墨中剥离出来；3、通过表面活性剂的分散作用，加速了块状石墨片层的分离；4、采用无毒性的表面活性剂，能够让制备过程产生的污染物质减少，对环境和人员都有益；5、流体循环使用，可以使得制备装置小型化；6、对块状石墨的端面和形状进行预先处理，可以提高制备效率和获得期望尺寸、形状的产品。

附图说明

图1是本发明对块状石墨进行喷射的一个实施例的示意图。

图2是本发明所采用块状石墨一个实施例的外观示意图。

图3是本发明原初石墨烯嵌入石墨片层间的示意图。