[发明专利]液相自动分散石墨烯固体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及液相自动分散石墨烯固体及其制备方法和应用。具体地，所述石墨烯固体包含：1)石墨烯；和2)分散物质，所述分散物质用于在液相中分散所述石墨烯；其中，所述分散物质包括：第一物质、第二物质和任选的表面活性剂；并且，所述第一物质和所述第二物质在所述液相中可反应生成气体。本发明还公开了所述石墨烯固体的制备方法及其应用。所述石墨烯固体易于运输，且在使用时可简单快速高效地实现石墨烯的分散，故可显著推进石墨烯在工业中的应用。

技术领域

本发明涉及纳米材料分散技术领域，具体地涉及液相自动分散石墨烯固体及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯，一种以sp2杂化方式结合的单层碳材料，呈蜂窝状六边形晶格结构。石墨烯以其载流子迁移率高、导热性好、机械强度高、比表面积大、化学稳定性好等一系列优越的物理化学性能，受到广泛关注。目前在工业中石墨烯主要作为功能填料，应用于涂料、复合材料等领域，实际使用过程中往往需要分散在溶剂中进行处理。由于石墨烯作为一种二维纳米材料，比表面积大，同时石墨烯片层之间存在较强的π-π相互作用，使得石墨烯在液相中的高效稳定分散始终存在问题。

常见石墨烯原料主要有石墨烯粉体和石墨烯分散液(浆料)两大类。石墨烯粉体在使用过程中，如须使其在液相中分散均匀，往往需要进行大功率、长时间的剪切搅拌或超声处理，这一工艺能耗巨大，同时伴随着噪声污染。而石墨烯分散液(浆料)在使用过程中虽然分散性好，但往往这类原料中实际石墨烯质量分数很低(5％)，用于分散石墨烯的液体占据主要体积，严重提高运输成本，同时存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在液相体系中自分散的石墨烯固体及其制备方法和应用。

本发明的第一方面，提供了一种液相自动分散石墨烯固体，所述石墨烯固体包含：

1)石墨烯；和

2)分散物质，所述分散物质用于在液相中分散所述石墨烯；

其中，所述分散物质包括：第一物质、第二物质和任选的表面活性剂；

并且，所述第一物质和所述第二物质在所述液相中可反应生成气体。

在另一优选例中，所述第一物质为固体酸；和/或

所述第二物质为碳酸盐。

在另一优选例中，所述固体酸选自下组：柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乳酸、氨基酸、葡萄糖酸、三氯乙酸、高碘酸、二硝基苯甲酸、乙二胺四乙酸、或其组合。

在另一优选例中，所述碳酸盐选自下组：碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸锌、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸锂、碳酸镁、碳酸铜、或其组合。

在另一优选例中，所述石墨烯选自下组：液相剥离法制备的石墨烯、机械剥离法制备的石墨烯、氧化还原法制备的石墨烯、化学气相沉积法制备的石墨烯、及它们的衍生物、或其组合。

在另一优选例中，所述表面活性剂选自下组：烷基苯磺酸盐类物质、烷基硫酸盐类物质、烷基铵盐类物质、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、失水山梨醇脂肪酸酯(司盘)、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(吐温)、聚醚多元醇(普兰尼克)、淀粉、纤维素、壳聚糖、或其组合。

在另一优选例中，所述石墨烯固体中，按质量百分比计，石墨烯的质量含量为5-80wt％，较佳地10－60wt％，更佳地12－30wt％。

在另一优选例中，所述石墨烯固体中，按质量百分比计，表面活性剂的质量含量为0－50wt％，较佳地3－40wt％，更佳地5－20wt％。

在另一优选例中，所述石墨烯固体中，所述第一物质和所述第二物质的摩尔比为0.05-10，较佳地0.1-8，更佳地0.15-6，最佳地0.18-4。