[发明专利]一种利用铂丝制备石墨烯的装置及方法

说明书

本发明涉及一种利用铂丝制备石墨烯的装置，所述装置包括容器、铂丝固定板、金属板、弱酸电解液、电源、膨胀石墨蠕虫和若干铂丝，容器内充满弱酸电解液和膨胀石墨蠕虫的混合液，铂丝固定板嵌装在容器的底部，铂丝固定板的内表面竖直焊有若干铂丝。本发明主要利用了电解的原理，在得到的石墨烯中，单层石墨烯占的比重大，且该方法工艺简单易行。

技术领域

本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种利用铂丝制备石墨烯的装置及方法。

背景技术

天然石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的的二维晶体。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为″黑金″，是″新材料之王″，科学家甚至预言石墨烯将″彻底改变21世纪″。

现有技术中，天然石墨烯的制备方法主要有两种：机械方法和化学方法。机械方法包括机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法，化学方法主要是是化学还原法与化学解离法。

最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。

取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖80％后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。

化学还原法是将氧化石墨与水以1mg/mL的比例混合，用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量肼在100℃回流24h，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯。。化学解离法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法，氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应。

其中，电解法是最常用的制备石墨烯的方法，但是存在石墨烯产量过低，纯度不高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有石墨烯制备技术中，生产工艺复杂，石墨烯纯度较低的问题，进而提供一种制备石墨烯的装置及方法。

本发明的技术方案是：一种利用铂丝制备石墨烯的装置，所述装置包括容器1、铂丝固定板2、金属板4、弱酸电解液5、电源6、膨胀石墨蠕虫7和若干铂丝3，金属板4置于容器1的上方，容器1内充满弱酸电解液5和膨胀石墨蠕虫7的混合液，铂丝固定板2嵌装在容器1的底部，铂丝固定板2的内表面竖直焊有若干铂丝3，电源6的正极通过导线与铂丝固定板2连接，电源6的负极通过导线与金属板4连接。

进一步地，所述铂丝固定板2与容器1之间用胶粘接。

进一步地，所述金属板4用吊架置于容器1上方。

进一步地，弱酸电解液5为稀草酸或者稀硫酸等弱酸。