[发明专利]液态CO2沉降整合石墨烯碎片成膜方法

说明书

本发明公开一种液态CO₂沉降整合石墨烯碎片成膜方法。其特征是将按比例均混的粉末状石墨烯碎片和液态CO₂悬浮液倒入水平放置的蒸发盘，石墨烯沉降，液态CO₂蒸发后获取石墨烯膜片。本发明与现有技术相比，具有使用设施简便，成膜均衡，成本低廉，安全环保的特点，还具有扩大和延伸石墨烯碎片连续性，进一步提升石墨烯内在物理性能的优点。因而，本发明具有很好的推广应用价值。

一、技术领域：

本发明涉及新材料改性变形加工，具体的说是一种液态CO₂沉降整合石墨烯碎片成膜方法。

二、背景技术：

石墨烯以其在电学、热学、力学等方面卓越的优势特性、性能受到社会的普遍关注和重视，被称为颠覆世界的新材料，成为相关业界人员、单位、企业的热门话题、研究对象和争相开发的热门行业。比如仅在山东省境内就有上百家研发和生产石墨烯的单位或机构，目前，我国的石墨烯研发和生产均走在世界前列，但是大多数的研究开发多存在人财分散、规模小、层次低、各自为政、千篇一律、齐头并进的重复状态。出成果、出产品、出效益成为普遍的追求目标，急功近利、赶时髦、追风头、抢项目的时尚风潮完全有可能将各国同在一个起跑线，我国占有诸多优势的中国石墨烯地位丧失领先势头。

虽然在上世纪90年代人类就已发现和实验证实碳元素具有二维结晶的同质异形体存在形式，即石墨烯，但人们普遍认识和了解石墨烯是从2004年安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫从石墨中成功分离出石墨烯，并因此于2010年获得诺贝尔物理学奖开始的。他们通过使用胶带的多次粘贴和剥离，最终获取单层碳原子二维结晶的石墨烯。他们的试验及其过程，起码还证实：第一，纯净碳原子的石墨在胶带多次的粘贴和剥离过程中，最终能够在胶面上保留单层的碳原子。第二，只有在单层碳原子在有序二维排列条件下，才能启动和集中碳原子的原子动力，在统一的二维方向上都与相邻三个碳原子建立共价键的晶体结构关系。自然界中的石墨不能自然演变和产生石墨烯，是因为在三维的石墨堆体内，每个碳原子都与周边更多碳原子处于相互包围的三维状态，每个原子所具有的内在原子动力都全方位的、均等分散的作用于三维所有方向，无法聚集形成建立共价键的临界动能。

人类被已经发现和证实的石墨烯超凡特殊性质和性能诱惑，产生象追求碳元素的另外一种同质异形体的钻石一样的狂热，引发风起云涌的研究和生产热潮是必然和可以理解的。

现行工业化生产石墨烯途径主要有物理方法：如微机械剥离法、印章切取转移印法、模板法等；化学方法：如氧化——还原法，溶液剥离法、加热Si-C法、化学气相沉积法、氧化2分散2还原法等。以上述方法生产的石墨烯产品多呈灰蛾状，称石墨烯粉，其体积增扩了数百倍，实则为细小的杂乱无序堆积的石墨烯碎片，称作粉状石墨烯碎片更妥当准确。石墨烯产品质量的高低优劣，主要以二维晶体的石墨烯碎片含量、二维晶体片层数及碎片面积大小等主要指标而异，这与一般人观念中向四向无限延伸的二维概念相去甚远，与具备和具有体现石墨烯全部理化性质和性能的完整、连续石墨烯结构相去甚远。

仅以上述此类方法生产的石墨烯，在众多试验研究和应用实践中已经展现出超凡的性能和功能，更多神秘和重要的性质和功能还有待破解和验证。但就目前状况而言，不同企业，采用不同方法生产的石墨烯产品，其性能和功能存在着巨大差异，造成这种差异的原因，理所当然的是该产品中石墨烯含量的多寡、碎片中二维晶片层数的多少和碎片连续面积的大小。但是在此处忽略了一个同等重要、同样制约此类石墨烯产品性能的重要因素——即石墨烯碎片的排列次序问题。