[发明专利]一种氧化石墨烯包覆改性微粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯纳米材料技术领域，尤其是涉及一种氧化石墨烯包覆改性微粒的制备方法。

背景技术

石墨烯是碳原子以sp²键紧密排列成的二维蜂窝状晶格结构，其仅为一个碳原子层的厚度。石墨烯特殊的结构赋予了其优异的性能。可广泛应用于超级电容器、复合材料以及超灵敏传感器等领域。然而，石墨烯相互间存在较强的范德华作用力使其不能在溶剂中稳定分散，并且与其他材料的相容性也不好，制约了石墨烯研究与应用。

氧化石墨烯是制备石墨烯的前驱体，其厚度约为1～1.4nm，也是一种二维碳材料，并且同石墨烯一样具有许多优异的性能。氧化石墨烯的结构主要由氧化区域(亲水区)和未氧化区域(疏水区)两部分组成，可视为是石墨烯片层内部和边缘处被含氧官能团(主要包括羟基、羧基和环氧基等)修饰后的产物，具有两亲性，能稳定分散于溶剂中，有利于与其他材料的复合及其他应用。由于氧化石墨烯的羧基在水溶液中店里形成带负电的羧酸盐离子。因此，在水溶液中氧化石墨烯是边缘带负电的片层。因而可以通过对微粒表面改性，通过氧化石墨烯在微粒颗粒表面静电作用自组装，实现氧化石墨烯与微粒的均匀复合，改善微粒的性能。并且通过对氧化石墨烯的还原可制备石墨烯包覆改性微粒，进一步提高其电和热等性能。

目前硅灰、粉煤灰、矿粉等微粒可作为掺合料掺入水泥混凝土中，不仅可节约大量水泥，还可以提高水泥混凝土的强度、耐久性等。但是在应用中存在着一些问题，例如硅灰颗粒小，比表面积大，需水量增加，会造成流动性降低，在使用中还需要与外加剂配合使用，给施工带来不便。粉煤灰等量替代水泥会降低水泥的强度等。此外铝粉等金属微粒在不同方面的应用中也需要改善其相应的性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氧化石墨烯包覆改性微粒的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种氧化石墨烯包覆改性微粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)取微粒分散于无水乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热反应，冷却，分离，即得到偶联剂改性微粒；

(2)取氧化石墨分散于水中，配成氧化石墨烯溶液；

(3)将步骤(2)配成的氧化石墨烯溶液滴入步骤(1)制得的偶联剂改性微粒中，直至溶液透明，偶联剂改性微粒全部沉淀，分离，干燥，即得到氧化石墨烯包覆改性微粒。

步骤(1)中所述的微粒为硅灰、粉煤灰、矿粉或铝粉。

步骤(1)中的硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧硅烷。

步骤(1)中加热反应的温度为60-90℃，反应时间为12-24h。

步骤(1)中微粒与硅烷偶联剂的质量比为(10～50)：1。

步骤(1)中微粒分散于无水乙醇的方法为：超声处理30-60min；

步骤(2)中氧化石墨分散于水的方法为：搅拌60-120min，超声1-2h。

步骤(2)中的氧化石墨烯溶液的浓度为3-5mg/mL。

步骤(3)中的分离干燥为：去除上层溶液后，取出下层固定在45-60℃下真空干燥24h。

本发明采用氧化石墨烯包覆改性微粒，首先对微粒的表面进行偶联剂改性处理，再用氧化石墨烯改性，即通过氧化石墨烯表面官能团与氨基间的作用(静电作用)，使得氧化石墨烯包覆在微粒表面，得到氧化石墨烯改性微粒。

本发明的原理是氧化石墨烯的结构同时具有亲水基团、亲油区域。亲水基团可以是离子型也可以是非离子型的。这种特性使得氧化石墨烯可以作为乳化剂，由于氧化石墨中存在大量亲水基团(如羧基与羟基)，氧化石墨很容易在水溶液分散。氧化石墨烯含有-COOH在水溶液中解离为-COO-，带有负电荷。通过对微粒表面改性使其带正电，氧化石墨烯在微粒颗粒表面静电作用自组装，实现氧化石墨烯与微粒的均匀复合。

与现有技术相比，本发明利用氧化石墨烯的表面官能团将其均匀包覆在微粒表面，实现氧化石墨烯与微粒的均匀复合。改性后的微粒由于其表面的氧化石墨烯具有表面活性和优异的力学性能，因而可均匀分撒并且具有优异的力学性能。通过对氧化石墨烯的还原，可制备石墨烯包覆微粒。利用本发明可有效地改善微粒的性能，扩展微粒和石墨烯的应用。本发明制备方法具有反应条件温和，操作简单等优点，可广泛应用。

附图说明

图1为实施例1中氧化石墨烯包覆改性粉煤灰的场发射扫描电镜图；

图2为实施例2中氧化石墨烯包覆改性矿粉的场发射扫描电镜图；