[发明专利]一种通过粉碎制备石墨烯粉体的方法及石墨烯粉体的应用

说明书

本发明提出一种通过粉碎制备石墨烯粉体的方法及石墨烯粉体的应用。通过对石墨粒径的逐级减少获得粒径均匀的石墨烯粉，具体是采用锥形磨对石墨进行薄片化处理，然后利用高速棒销粉碎机粉碎，获得均匀径向大尺寸的石墨粉体，进一步插层，利用分级机产生的剪切力即可粉碎剥离、并且经过分级处理得到石墨烯粉体。制备的石墨烯粉体成本低，分散加工性良好，片径大，适合用于润滑添加剂。本方法实现了石墨烯生产连续、清洁、环保的技术效果，推动了石墨烯干粉的产业化生产。

技术领域

本发明涉及纳米材料加工领域，具体涉及一种通过粉碎制备石墨烯粉体的方法及石墨烯粉体的应用。

背景技术

石墨烯是由一层碳原子组成的平面碳纳米材料，是目前已知最薄的二维材料，其厚度仅为0.335nm，它由六方的晶格组成。石墨烯中的碳原子之间由σ键连接，赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。而且，在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋予了石墨烯良好的导电性。在光学方面，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。石墨烯具有奇特的力学、光学和电学性质，石墨烯拥有十分广阔的发展前景。

石墨烯的制备方法主要包括化学气相沉积法、氧化插层再还原法、液相剥离法、机械剥离法。其中化学气相沉积法可以获得高质量的石墨烯，然而产率低，对衬底要求高，转移存在极大的困难；氧化插层再还原法可以实现批量生产石墨烯，但是由于氧化过程中石墨烯的结构遭到破坏，难以得到高质量的石墨烯产品；液相剥离法是在合适的溶剂中，利用超声能量对石墨片层进行解离，然而，溶剂剥离法制备石墨烯存在难以去除残留溶剂的问题，而且溶剂剥离产率一般很低。相比之下，机械物理剥离法是一种能以低成本制备出高质量石墨烯的简单易行的方法。

针对机械剥离石墨获得的石墨烯的分级分离方法，现有技术中，中国专利公开号201410497887.X公开了一种石墨烯材料的分级分离方法，包括制备石墨烯材料的分散液，所述石墨烯材料为石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯量子点及将所述石墨烯材料的分散液进行电泳，并每隔 15min 在电极侧取样，得到不同尺寸的石墨烯材料的分散液；其中，所述电泳的电压梯度为 8V/cm ～ 30V/cm，电泳的时间为 2h ～ 4h 的步骤。上述石墨烯材料的分级分离方法基于电泳技术对石墨烯材料进行分级分离，经实验证明，该方法能够将不同尺寸的石墨烯材料分开，得到不同性能的石墨烯材料。但是，该技术不能够大规模应用，而且对电极侧取样工序繁复，在剥离过程中没有及时分离石墨烯。

中国专利公开号201410235949.X公开了一种氧化石墨烯制备中不同尺寸大小氧化石墨烯的分离方法，涉及氧化石墨烯的制备，将用氧化还原法制得的氧化石墨利用不同尺寸大小的氧化石墨烯，在溶剂中的分散性的不同，分离得到不同尺寸大小的氧化石墨烯为 ：沉淀 B-GOSs1 为尺寸大于 25um 的氧化石墨烯产物、 尺寸为 15um＜ GOSs2 的尺寸≦ 25um 的氧化石墨烯产物、尺寸为 5um ＜ GOSs3 的尺寸≦ 15um 的氧化石墨烯产物和沉淀F-GOSs4 尺寸≦ 5um的氧化石墨烯产物， 克服了现有的各种氧化还原法制得的氧化石墨烯产物的尺寸大小完全混杂，无分布规律的缺陷。但是，该技术针对于氧化石墨烯的分离，不同尺寸大小的氧化石墨烯上的极性基团不同，从而分散性也不同，而对于机械剥离获得的石墨烯在溶剂中的分散性几乎相同，所以该种方法也不能完成分级分离。