[发明专利]一种石墨烯无机非金属复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种石墨烯无机非金属复合材料特别是利用石墨烯衍生物易于分散且具微波吸收特性，首先将石墨烯衍生物配制为溶液，然后石墨烯衍生物溶液与在无机非金属材料中能够均匀分散的固态颗粒物混合形成混合物，随后混合物干燥并以设定速度在设定气氛下通过微波加热区进行微波加热处理以将混合物中的石墨烯衍生物转化为石墨烯，然后将石墨烯与固态颗粒物的混合物与无机非金属进行复合而形成石墨烯能够很好分散的石墨烯-无机非金属复合物。

背景技术

石墨烯作为一种二维材料，其具有优异的力学性质(杨氏模量高达1.0TPa)、电学性质(电子迁移率高达10⁶cm².v^-1s^-1)、热学性质(热导系数高达5000w.m^-1.k^-1)、光学性质(单层石墨烯的可见光吸收仅有2.3％和优异的锁模特性)，超大的理论比表面积(2630m².g^-1)及单片层结构赋予其独特的化学和电化学活性使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。石墨烯的应用很大比例通过复合物的形式呈现的。为此全球科学家与企业科研人员在石墨烯复合物方面进行了大量探索并获得了很大进展。然而石墨烯复合物研发方面目前还存在一对矛盾即性能良好的石墨烯粉末易于团聚并且没有良溶剂因此难以形成分散均匀的复合物；而石墨烯衍生物虽然可以通过良溶剂分散而可以形成分散均匀的复合物，但是由于石墨烯衍生物的性能相较于石墨烯则差距很大，所以石墨烯衍生物复合物并不能充分发挥石墨烯的优异性能。就无机非金属复合材料而言，目前人们依旧在探索提高石墨烯粉末分散性能提高的方法及石墨烯衍生物复合后性能改进的技术，但效果还有待提高。例如人们试图将石墨烯粉末与无机非金属粉末通过球磨技术提高石墨烯粉末在无机非金属粉末中的分散性能，随后进一步将其复合而形成石墨烯-无机非金属复合材料。但是球磨的低产量令其难以大规模应用。而石墨烯衍生物与无机非金属的复合则始终受制石墨烯衍生物的性能而进展缓慢。所以迫切需要开发能够将石墨烯在无机非金属材料中均匀分散的技术而改进目前石墨烯-无机非金属复合材料的现状。为此本申请在国际上首次提出将石墨烯衍生物首先分散在溶剂中形成溶液，然后将在无机非金属材料中能够均匀分散的固态颗粒物与石墨烯衍生物溶液混合形成均匀混合物，随后将混合物干燥后利用石墨烯衍生物微波吸收特性将混合物在设定气氛下以设定速度通过微波加热区进行加热处理以将混合物中的石墨烯衍生物转化为石墨烯，随后石墨烯与固态颗粒物的混合物离开微波加热区并进行冷却，然后石墨烯与固态颗粒物的混合物与无机非金属材料利用固态颗粒物能够在无机非金属材料中均匀分散的特性协助与固态颗粒物相互混合的石墨烯与无机非金属进行复合而获得石墨烯在无机非金属材料中均匀分散的石墨烯-无机非金属复合材料。本发明的方法综合利用了石墨烯衍生物溶液能够与固态颗粒物均匀混合的特点、固态颗粒物能够在无机非金属材料中均匀分散的特点、石墨烯衍生物具微波吸收特性和微波具快速选择性加热特性、石墨烯衍生物在设定气氛下加热处理可以转化为石墨烯的特点以及混合物以设定速度通过微波加热区可以精确控制微波加热时间及改进加热不均的特点，从而可以方便、快捷、低能耗地批量制备石墨烯-无机非金属复合材料，有望为石墨烯-无机非金属复合材料的进一步推广发展及应用作出贡献。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种石墨烯无机非金属复合材料的制备方法，特别是利用石墨烯衍生物能够与可以在无机非金属材料中均匀分散的固态颗粒物均匀混合形成混合物，然后利用石墨烯衍生物微波吸收性能、微波加热快速高效和混合物在设定速度下通过微波加热区可以精确控制加热时间、改进加热不均的特点和石墨烯衍生物在设定气氛下加热处理可以转化为石墨烯的特点将石墨烯衍生物与固态颗粒物的混合物转化为石墨烯与固态颗粒物的混合物，随后利用固态颗粒物在无机非金属材料中的良好分散性能协助与其均匀混合的石墨烯在无机非金属材料中均匀分散而获得石墨烯-无机非金属复合材料。该方法方便、快捷、低能耗，能够批量制备石墨烯-无机非金属复合材料，因此有助于石墨烯-无机非金属复合材料更好地服务社会。

技术方案：