[发明专利]一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法，包括：S1、将GO粉末在去离子水中进行第一预设时间的超声处理，得到GO水溶液；S2、取第一预设体积的GO水溶液放入圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中缓慢加入第二预设体积的丁醇，静置10分钟；S3、通过石英管从圆底烧瓶底部缓慢通入氮气或二氧化碳，同时进行第二预设时间的恒温水浴，静置2小时；S4、通过玻璃吸管从圆底烧瓶底部吸出第三预设体积的下层液体；S5、持续摇晃圆底烧瓶5分钟，将圆底烧瓶中的液体转移至烧杯中。本发明所提供的制备方法，可以实现GO二维纳米材料表面修饰二氧化钛材料。在修饰工艺过程中GO不易发生聚沉现象，不会形成多层GO，抑制大量的二氧化钛单体颗粒的生成。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯纳米材料的制备方法。

背景技术

优良的力学性能是一种材料开展工程应用的基础与前提。陶瓷材料的脆性问题严重制约其应用：由于陶瓷材料具有离子键或共价键的多晶结构特性，缺乏能促使材料变形的滑移系统，使陶瓷材料受载后容易产生裂纹，降低材料使用寿命及稳定性。

石墨烯的氧化物-氧化石墨烯(GO)，作为二维碳纳米材料，具有高比表面积、优异的力学及摩擦学性能，是强度和韧性非常高的材料之一，同时其二维形状特征使其与陶瓷基体接触面积大、利于传递应力，提高陶瓷的断裂韧性，改善其脆性特质。因此，GO是增韧陶瓷复合材料理想的增韧相。以Al₂O₃陶瓷为例，一般可将GO粉体和Al₂O₃粉体球磨共混，并加热加压进行烧结，制备GO增韧的Al₂O₃陶瓷材料。

在Al₂O₃陶瓷材料中添加GO增韧材料虽起到一定的增韧作用，但相比于GO的高强韧性来说，这种简单地在陶瓷粉体中添加GO的增韧效果并不理想。就目前GO增韧Al₂O₃陶瓷的现状，发挥石墨烯类材料韧性强的需进一步的研究和开发。

陶瓷烧结时，固体粉料受热受压，粉体材料发生变形、流动，形成陶瓷块体。但是，GO与Al₂O₃陶瓷基体相接触的界面为异性材料，两种材料浸润性差。它们之间材料的流动性差，容易留下气体，使陶瓷烧结后内部形成很多气孔；并且，在受力时，应力从Al₂O₃陶瓷基体相传递到GO相时，由于两相间粘结力很弱，不容易传递应力，使GO强大的韧性得不到有效发挥，反而容易在两相界面间萌生裂纹。

GO分子表面少许的二氧化钛材料作为过渡层，一方面同GO具有较好的贴合性和界面结合强度；另一方面，二氧化钛材料与Al₂O₃陶瓷材料具有较好的浸润性(因此，二氧化钛常用于Al₂O₃陶瓷的添加剂)，在烧结时Al₂O₃陶瓷与二氧化钛材料间分子流动性大，利于排气，形成较好的界面层。因此，GO表面修饰二氧化钛，可增强GO材料与Al₂O₃陶瓷基体相之间的浸润性，为制备增韧效果更好的GO增韧Al₂O₃陶瓷材料提供坚实基础。现有GO表面吸附二氧化钛材料的方法多用于光学、催化等领域。不同于上述应用领域，用于GO增韧Al₂O₃陶瓷时，有其特殊的要求：为使GO均匀分散于陶瓷基体中，GO表面改性时不能发生GO纳米材料的团聚现象。现有技术方法有如下缺点：