[发明专利]一种纳米蓝丝黛尔石石墨复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米蓝丝黛尔石/石墨复合材料的制备方法，包括：将鳞片石墨在硫酸和过氧化氢中处理；将酸化后的鳞片石墨经过烘干机器筛选后放入旋流器进行800‑1000℃的加热膨胀，然后根据规格不同进行多次压延，制得石墨纸；以石墨纸电极为工作电极，不锈钢作为参比电极；将石墨纸电极和不锈钢电极连接到电化学工作站上，在Ar氛围中电解3‑10h，得到含有棕色沉淀物的暗棕色溶液；将暗棕色溶液中的电极取出，过滤溶液，分别处理棕色沉淀物和滤液；将滤液中的乙腈旋蒸，获得棕色粉末即为聚碳炔氢/石墨纸复合体，经过600‑1000℃高温退火，制得纳米蓝丝黛尔石/石墨复合材料。

技术领域

本发明是一种以石墨纸为电极通过电聚合制备前驱体，再进行退火处理得到蓝丝黛尔石 /石墨复合材料的方法。具体地说就是通过电解三氯甲烷合成聚碳炔氢(聚碳炔氢)，之后和石墨纸组装形成聚碳炔氢/石墨复合体，退火形成纳米蓝丝黛尔石/石墨复合材料。纳米蓝丝黛尔石/石墨复合材料力学性能相比于石墨纸能得到一定的提升。这种方法作为人工合成类金刚石的简便方法，有利于其大规模生产，属于人工合成新材料领域。

背景技术

六方金刚石也称为蓝丝黛尔石，是一种类金刚石结构，属于六方晶系，其结构不仅具有石墨的平行六边形晶格，还构成了立方的六方晶格，是一种碳同素异形体，原子的空间结构是一个六边形格子。蓝丝黛尔石是在陨石碎片中发现的，由于蓝丝黛尔石有独特的结构，其硬度比立方金刚石还要好，蓝丝黛尔石可以切割许多硬度较高的材料，在工业制造方面具有非常大的应用价值，但其生成非常困难。

为解决上述问题，一系列方法被应用到蓝丝黛尔石的合成上。比如化学气相沉积法 (CVD)、热分解法以及冲击波合成法等。但是这些方法都有应用上的局限性，产品尺寸、表面光滑度等问题难以解决。

近年来，通过聚碳炔氢合成类金刚石碳材料纳米蓝丝黛尔石受到重视。聚碳炔氢是一种碳sp3杂化的聚合物，由于结构上和金刚石相似，通过退火处理可以很容易地转化为类金刚石碳材料。聚碳炔氢可以通过电化学合成的方法进行制备，较为简便。

当前聚碳炔氢制备方法包括CVD法和热解法等。但CVD法不能大规模应用，热解法制备的产品晶粒较大。并且上述方法的产品表面光滑度和尺寸难以满足应用要求。本发明使用的电化学自组装法较为简便，还可以实现三氯甲烷等工业产品的有益转化。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种以石墨纸为电极，通过电聚合以及退火处理制备纳米蓝丝黛尔石/石墨复合材料的方法。该方法具有原料易得，操作简单，制备周期短，效率高的优点。本发明的技术方案如下：

一种纳米蓝丝黛尔石/石墨复合材料的制备方法，包括下列：

(1)将鳞片石墨在硫酸和过氧化氢中处理6-10h，硫酸与过氧化氢的体积配比为14∶1。

(2)将酸化后的鳞片石墨经过烘干机器筛选后放入旋流器进行800-1000℃的加热膨胀，然后根据规格不同进行多次压延，制得石墨纸。

(3)按照10-20：800-1200：100-200的体积配比在电解池中加入氯仿、四丁基四硼酸铵和乙腈，以石墨纸电极为工作电极，不锈钢作为参比电极；将石墨纸电极和不锈钢电极连接到电化学工作站上，在Ar氛围中电解3-10h，得到含有棕色沉淀物的暗棕色溶液；

(4)将暗棕色溶液中的电极取出，过滤溶液，分别处理棕色沉淀物和滤液。

(5)将滤液中的乙腈旋蒸，获得棕色粉末。

(6)将(4)中获得的棕色沉淀物溶解在适量的四氢呋喃中，按照与棕色沉淀物5：(0.5-1.5)的质量配比加入四氢化铝锂到溶液中并回流，除去聚合物中的杂质。

(7)再次将(6)的溶液进行旋蒸，使四氢呋喃蒸发获得棕色粉末。