[发明专利]超临界六氟化硫剥离制备石墨烯或石墨烯纳米片的方法

说明书

本发明属于功能材料制备领域，具体为一种超临界六氟化硫剥离制备石墨烯或石墨烯纳米片的方法。将石墨置于高压反应釜内，再通入插层剥离剂SF₆，在超临界的压力和温度下循环流动后降压至常压，反复重复上述过程。插层剂在有氧化剂加速效率的环境下，鳞片石墨经历多次升降压过程，SF₆会快速反复贯通的进出石墨层间，膨胀和裂开石墨层，最后制得二维纳米厚度的石墨烯材料。采用物理或附加辅助化学氧化相结合的过程剥离，处理条件比二氧化碳等传统超临界条件更温和安全，石墨烯的层数可通过调整相关工艺达到可控。从而，制备出不同片径和厚度的石墨烯(十层以内石墨层的分类体系)或石墨烯纳米片(十层以上的石墨层分类体系)。

技术领域

本发明属于功能材料制备领域，尤其是涉及一种超临界六氟化硫剥离制备石墨烯或石墨烯纳米片的方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，2016年新国标规定：片层小于10层称为石墨烯，大于10层为石墨烯纳米片。石墨烯具有优良的力学和电学性能，在电子学、磁学、光学、生物学等方面具有广泛的应用前景。

目前，制备石墨烯或石墨烯纳米片的主要方法主要有：机械剥离、氧化还原法、外延生长法和化学气相沉积法、超临界流体制备法等。机械剥离法效率低下；氧化还原法是目前应用较多的方法，但是这种方法污染严重，成本高；外延生长法和化学气相沉积法可以得到高品质产品，但是这两种方法制备条件苛刻，生产周期长，设备成本很高。

相关专利中^[1-9]如下：

[1]超临界流体制备石墨烯的方法，申请号：201110021033.0；

[2]利用改性超临界剥离技术制备石墨烯的方法，申请号：201110067543.1；

[3]一种制备石墨烯的方法，申请号：201110377170.8；

[4]利用超临界流体制备二维原子晶体新材料的方法，申请号：201210226272.4；

[5]一种石墨烯的制备装置及方法，申请号：201310290472.0；

[6]一种寡层石墨烯的制备方法，申请号：201310739904.1；

[7]对天然石墨预处理提高超临界流体制备石墨烯产率的方法，申请号：201410478317.6；

[8]一种超临界二氧化碳制备硼掺杂三维石墨烯的方法，申请号：201410492481.2；

[9]一种超临界流体制备石墨烯的方法申请号：201510740191.X。

在超临界流体制备法中，上述已公布和在申请众多相关专利中^[1-9]，有很多共同的隐患和缺陷：

1、大多都以乙醇、乙烷、氨水等易燃、易爆或有毒物质为超临界介质，用二氧化碳、水时，虽然相对安全，但是它们的超临界条件又太高(水的临界温度值为374.15℃，临界压力值为22.13MPa；二氧化碳CO₂临界温度虽低，为31.26℃，但临界压力高，为7.3MPa)，压力越高，隐患越大；

2、这些专利申请还加危险有毒易燃爆的有机溶剂做分散剂混合(如苯甲酸苄酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、1-十二烷基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-辛基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、乙腈等)，生产制备条件在高温(>100℃)和高压(>10MPa)的条件下制备石墨烯。

3、有的专利申请还使用超声辅助，这对长期使用的高压容器是巨大的隐患，因为高压罐会在高频振动打击下，耐压强度会下降，引发爆炸事故。