[发明专利]一种自稳定分散石墨烯纳米材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种自稳定分散石墨烯纳米材料及制备方法，由对氨基苯磺酸钠、天然鳞片石墨和醇水混合溶剂通过液相剥离法制成，其中对氨基苯磺酸钠通过π‑π共轭作用、物理吸附作用及化学接枝作用于石墨烯表面。本发明的自稳定分散石墨烯纳米材料具有良好的水性分散能力、优异的导电性能、易于工业化生产在石墨烯应用潜力巨大。

技术领域

本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种自稳定分散石墨烯纳米材料及制备方法。

背景技术

石墨烯作为新一代的导电材料，具备无与伦比的高电荷迁移率，来自哥伦比亚大学的Kirill Bolotin从结构完整的石墨烯中测得其电荷迁移率为2.5×10⁵cm²/(V·s)，是单晶硅材料的100倍之多且其电荷迁移率不受温度的影响。石墨烯结构中每个碳原子均提供一个未成键的π电子并能够在石墨烯晶体表面自由移动，赋予其超高的电子迁移率。因此石墨烯作为导电材料在储能、信号传输、传感器检测、复合材料等诸多领域展现出其广泛的应用前景。

目前石墨烯的制备方法主要为氧化还原法、液相剥离法、机械剥离法。其中液相剥离法是一类较易实现产业化的绿色方法，液相剥离法主要体现为利用石墨烯与有机溶剂之间的表面能(E_S)差值和石墨烯的层间作用力之间存在的机制：即表面能差值越低石墨烯层间的范德华作用力越小，其中石墨烯表面能(E_S-G≈70.0mJ·m^-2)和二甲基甲酰胺表面能(DMF)(E_S-DMF≈65.0mJ·m^-2)与N-甲基吡咯烷酮表面能(NMP)(E_s-NMP≈68.2mJ·m^-2)之间较为接近。因此液相剥离法主要利用这类溶剂对天然石墨进行速剪切剥离获得石墨烯导电填料并以此制备石墨烯。然而此法制备效率不高，石墨烯片层分布大，片径大小不一，且DMF和NMP溶剂毒性大导致其并不适用于商业化应用。近年来也出现利用混合溶剂液相剥离石墨烯材料的报道，通过调控绿色溶剂乙醇与水之间的配比获得表面能与石墨烯相近的混合溶剂并以此剥离得到石墨烯。此法过程相对简单，且避免了有毒有害溶剂。因此若能避免高沸点有毒溶剂，制备一类具备分散溶剂安全环保、无表面活性剂、高稳定分散、高导电性、可印刷柔性的石墨烯材料具有巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种自稳定分散石墨烯纳米材料。

本发明的另一目的在于提供上述自稳定分散石墨烯纳米材料及制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种自稳定分散石墨烯纳米材料，其特征在于：由对氨基苯磺酸钠、天然鳞片石墨和醇水混合溶剂通过液相剥离法制成，其中对氨基苯磺酸钠通过π-π共轭作用、物理吸附作用及化学接枝作用于石墨烯表面。

在本发明的一个优选实施方案中，所述天然鳞片石墨与对氨基苯磺酸钠的质量比为1-5∶1-10。

进一步优选的，所述天然鳞片石墨与对氨基苯磺酸钠的质量比为1-2∶1-2。

在本发明的一个优选实施方案中，所述醇水混合溶剂由水和低级醇以2-3∶1-2的体积比组成。

进一步优选的，所述低级醇为乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇和正丁醇中的至少一种。

更进一步优选的，所述低级醇为异丙醇。

上述自稳定分散石墨烯纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将天然鳞片石墨、醇水混合溶剂和对氨基苯磺酸钠混合后进行超声处理，获得对氨基苯磺酸钠完全溶解的石墨分散液；

(2)将上述石墨分散液送入研磨机进行研磨，获得研磨浆料；

(3)将上述研磨浆料用洗涤溶剂进行离心洗涤，获得沉淀，即为所述自稳定分散石墨烯纳米材料。