[发明专利]一种石墨烯纳米窄带及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种石墨烯纳米窄带及其制备方法和用途，所述石墨烯纳米窄带的制备方法包括：1)聚乙烯醇纳米丝膜制备：采用8wt％～15wt％的聚乙烯醇水溶液或聚乙烯醇乙醇溶液为纺丝液采用静电纺丝技术形成聚乙烯醇纳米纤维膜；2)对聚乙烯醇纳米纤维膜碳化：在聚乙烯醇纳米纤维膜上添加催化剂，然后在惰性气体氛围和400～500℃下处理至少2h；然后酸洗，再水洗形成碳化膜；3)石墨化：碳化膜在惰性气体氛围和1250～1350℃下处理至少3h。本发明技术方案形成的石墨烯纳米窄带是条带结构，具有的优良的单向导电性和单向导热性，避免了二维石墨烯的平面堆垛带来的稳定性差的缺陷，有望用于集成电路中作为具有超导特性的导线。

技术领域

本发明涉及石墨烯，特别是涉及一种石墨烯纳米窄带及其制备方法和用途。

背景技术

碳素材料是材料领域的一个重要分支，从上世纪末到本世纪，在理论领域和技术领域里不断涌现出新型碳同素异形体和碳素新材料。20世纪80年代以前，人们知道的碳的同素异形体只有石墨、金刚石和无定形碳3种，20世纪80年代后接连发现了新的碳的同素异形体：富勒烯(碳60，C60)、碳纳米管和石墨烯。特别是2004年发现的石墨烯(Graphene)是一种碳元素的原子尺度上的二维平面晶体，打破了传统物理学的概念，形成了科学上的新理论和新技术，也为材料科学领域带来一种神奇的新材料。石墨烯是一种有许多奇异性质的物质，引发了物理和化学理论的发展，也引发了材料科学的革命性变革。石墨烯是碳的一种二维平面晶体，最初由三维的石墨晶体从纵向剥离，最终得到单层的石墨，即石墨烯。

石墨烯虽然有许多奇异的性质，但是作为单原子层的二维晶体，由于巨大的表面自由能，二维石墨烯处于不稳定状态，会自发叠合，恢复成石墨的三维多层结构，石墨烯优越的性质也随之消失。与石墨烯的平面二维晶体不同，石墨烯纳米窄带会自发卷成螺旋状，从而避免了面-面叠合，保持了石墨烯优良的性质。另外，石墨烯纳米窄带在电子学方面还有许多不同于石墨烯的新奇性质。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨烯纳米窄带及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括以下技术方案获得的。

本发明提供一种石墨烯纳米窄带的制备方法，包括如下步骤：

1)聚乙烯醇纳米丝膜制备：采用8wt％～15wt％的聚乙烯醇水溶液或聚乙烯醇乙醇溶液为纺丝液采用静电纺丝技术形成聚乙烯醇纳米纤维膜；

2)对聚乙烯醇纳米纤维膜碳化：在聚乙烯醇纳米纤维膜上添加催化剂，然后在惰性气体氛围和400～500℃下处理至少2h；然后酸洗，再水洗；

3)石墨化：在惰性气体氛围和1250～1350℃下处理至少3h。

根据上述所述的制备方法，所述聚乙烯醇纳米纤维膜的厚度为1nm～3.5nm。单层石墨烯的厚度约为0.35nm，本申请中聚乙烯醇纳米纤维膜的厚度大约是3～10层单层石墨烯的厚度。根据上述所述的制备方法，所述聚乙烯醇纳米纤维膜中纳米纤维的直径为100～800nm。

根据上述所述的制备方法，在400～500℃下处理3～5h。如处理3h、3.5h、4h、4.5h或5h。

根据上述所述的制备方法，在1250～1350℃下处理3～5h。如处理3h、3.5h、4h、4.5h或 5h。

根据上述所述的制备方法，石墨化中，采用刚玉管式炉处理。

根据上述所述的制备方法，石墨化中，以(3～10)℃/min的升温速率升温至400～500℃。如可以为400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃或500℃。