[发明专利]一种激光诱导工业大麻制备石墨烯材料的方法

说明书

本发明公开了一种激光诱导工业大麻制备石墨烯材料的方法，以工业大麻的麻皮、麻杆及麻根等为包括碳前体的材料，利用激光诱导石墨烯技术使其诱导还原转化为石墨烯，可实现包括石墨烯、石墨烯量子点、石墨烯介孔材料以及其他石墨烯复合材料的制备。本发明方法所需的原材料绿色、环保，制备过程简单、高效，生产成本低，适用于各种石墨烯材料的批量化生产。

技术领域

本发明属于石墨烯材料的加工技术领域，具体涉及一种激光诱导工业大麻制备石墨烯材料的方法。

背景技术

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子紧密堆积成正六边形的蜂窝状晶格的二维碳纳米材料。石墨烯作为一种超轻材料，其具备超强的导电性、超强的导热性、超强的力学性、超强的透光性，以及超强的比表面积，在光学、电学和力学方面的综合性能优异，因而在通讯电子、航空航天、新能源、资源与环境等领域具有重要的应用前景及价值。制备石墨烯常用的方法包括：微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积CVD法、氧化石墨烯还原法和激光诱导石墨烯LIG法等。激光诱导石墨烯LIG的方法主要通过激光烧蚀包括碳前体的材料产生局部高温使材料的化学键断裂，同时伴随着新的碳碳单键和双键重组形成石墨烯，材料中的其他元素形成气体物质释放。目前，利用激光诱导石墨烯LIG的方法已经在聚酰亚胺PI、聚乙烯PE等商用聚合物，木材、椰子壳、马铃薯皮等中成功制备出石墨烯。

工业大麻，富含的大麻纤维和大麻二酚（CBD），其中四氢大麻酚（THC）含量低于0.3%，被认为不具备毒品利用价值，而具有重要的商业价值，已在全球多个国家范围内可合法种植，其中在我国黑龙江和云南省可大规模种植。目前，以工业大麻为原材料形成的产品已广泛应用于包括医疗、食品、纺织、建筑、汽车及航空航天等领域，并且极具发展前景。其中，工业大麻的籽、花叶以CBD等酚类化合物和油脂为主，主要应用于消费和医疗领域，如饮料、保健品、化妆品及药品等；工业大麻的皮、杆、根以纤维为主，主要应用于纺织或作为增强材料用于建筑材料、汽车、航天材料等。特别地，工业大麻纤维在麻类中属上等的纺织原料，有天然抑菌、清凉柔软、屏蔽紫外线辐射、防静电、耐热等独有的优良特性。工业大麻的麻皮、麻杆、麻根中以大麻纤维为主，并且其中组分可分为纤维素和非纤维素两部分，后者又包括半纤维素、果胶质、木质素、水溶物、脂腊质及灰分等，统称为胶质。这些胶质能够为制备石墨烯提供良好的碳前体材料，通过相应的手段将工业大麻中的胶质部分转化为石墨烯，对其中的大麻纤维实现包覆，从而制备得到多孔石墨烯包覆纤维材料。石墨烯与纤维结合具有导电、抗菌、防辐射、防紫外线等作用，所制备的多孔石墨烯包覆纤维材料可作为功能性复合材料应用于如纺织品和功能性服装等领域，具有较高军用和民用价值。

本发明以工业大麻的麻皮、麻杆和麻根为包括碳前体的材料，利用激光诱导石墨烯技术可实现包括石墨烯、石墨烯量子点、石墨烯介孔材料、石墨烯复合材料等多种石墨烯材料的制备。特别地，利用工业大麻麻皮中胶质部分对其中富含的纤维组织的天然有机包覆，通过激光诱导还原的方式将诱导转化石墨烯过程与包覆过程有机结合起来，从而实现多孔石墨烯包覆纤维材料的制备。本发明方法具备绿色、环保、低成本、高效的特点，适用于石墨烯相关材料的批量化生产，本发明制备多孔石墨烯包覆纤维材料的工艺步骤简单且高效，制备材料具有包覆均匀性好，包覆效果及性能优异的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光诱导工业大麻制备石墨烯材料的方法，以工业大麻中的麻皮、麻杆、麻根为包括碳前体的材料，能够实现包括石墨烯、石墨烯量子点、石墨烯介孔材料以及石墨烯复合材料的制备。特别地，基于工业大麻麻皮内的富含纤维组织和胶质，以胶质部分作为碳前体，利用激光诱导工业大麻中胶质部分还原制备石墨烯，实现对大麻纤维组织的包覆，从而制备一种多孔石墨烯包覆纤维材料。本发明方法所需的原材料绿色、环保，制备过程简单、高效，生产成本低，适用于批量化生产。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种激光诱导工业大麻制备石墨烯材料的方法，其特征在于，以工业大麻为包括碳前体的材料，利用激光照射诱导其中碳前体转化为石墨烯，制备石墨烯材料。具体包括以下步骤：