[发明专利]一种制备具有超导电性能石墨烯复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，特别涉及一种制备具有超导电性能石墨烯复合材料的方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。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，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。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"。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

目前，可采用多种方法制备得到石墨烯材料粉体，如机械剥离法、氧化 - 还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和剥离碳纳米管法等。在这些方法中，机械剥离法和外延生长法制备效率很低，难以满足大规模的需要。化学气相沉积法虽然可以获得大尺寸连续的石墨烯薄膜，但适用于微纳电子器件或透明导电薄膜，却不能满足储能材料及功能复合材料领域的大规模需求。氧化 - 还原法制备石墨烯材料粉体较为容易实现，是制备石墨烯材料粉体的常用方法，但是该方法在制备石墨烯的过程中使用大量强酸和氧化剂，对石墨烯表面破坏严重，并且容易污染环境，因此不适合大规模产业化的石墨烯制备。

在微机械剥离法的基础上，人们试图用传统的球磨方法进行石墨烯的研磨制备大量、小面积的石墨烯或氧化石墨烯，Antisar M.V 等人在水中进行了湿法球磨，得到了厚度10nm 以上的石墨纳米薄片。为了提高石墨烯剥离效率，人们利用大量的微小固体颗粒辅助剥离过程，以增加剥离过程接触面积和剥离次数，但是细小颗粒及液体的去除与分离，存在较大的困难。

本发明提供了一种制备具有超导电性能石墨烯复合材料的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供了一种制备具有超导电性能石墨烯复合材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备具有超导电性能石墨烯复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）称取10重量份的石墨粉保持水浴温度为8-12℃的冰浴条件下加入14-18重量份的浓硫酸作为溶剂，搅拌混合25-35min后依次缓慢加入１-３重量份硝酸钠、１-３重量份高锰酸钾、３－５重量份硝酸钠以及８－１２重量份N- 甲基吡咯烷酮，搅拌１２－１６min；升温至３８－４２℃，搅拌反应２．８-３．２h，然后升温至１００℃加入４５－５５重量份去离子水，搅拌１５－２５min，停止反应，加入１８－２２重量份5%的双氧水，趁热离心、洗涤，制得氧化石墨烯初品；

（２）将步骤（１）制得的氧化石墨烯初品与８－１２重量份氯化钴、５－９重量份羧甲基化纤维素、４－８重量份二乙烯三胺五甲叉膦酸搅拌混合，进行吸附，得到氧化石墨烯混合物；

（３）将步骤（２）得到的氧化石墨烯混合物与４－８重量份纳米锌粉末混合后，按照升温速率为12-14℃ /min加热至温度为950-1050℃，恒温保持26-28h，得到还原后的氧化石墨烯；

（４）将步骤（３）得到的还原后的氧化石墨烯、７－１１重量份磁性钢针研磨体以及３６－４６重量份双丙酮醇放入密闭的研磨容器中，将研磨容器置入具有变换磁场空间内，进行剥离３６－４８h，剥离后制得石墨纳米微片-石墨烯的混合物干粉；

（５）将步骤（4）制得的石墨纳米微片-石墨烯的混合物干粉分离钢针，经过沉降、离心分离后，制得高纯度的石墨烯透明悬浮液；

（６）将步骤（５）制得的石墨烯透明悬浮液与纳米氧化锡粉末、丁基萘磺酸钠、纳米铝酸钴粉末、纳米二氧化锑粉末、纳米二氧化钛粉末置于混合机中，控制温度为１３０－１４０℃，低速混合４－６min，然后升温至１９０－２００℃，高速混合２－３min，得到混合料；