CN103011153B

CN103011153B - 石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法

Info

Publication number: CN103011153B
Application number: CN201310026685.2A
Authority: CN
Inventors: 侯勇; 夏中梅; 曾显斌; 王海涛; 朱彭玲; 曾芸; 黄秀辉; 陈浩; 王兰英; 赵国正
Original assignee: Sichuan Lanyue Science & Technology Co ltd; SAAS BIOTECHNOLOGY AND NUCLEAR TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: Sichuan Lanyue Science & Technology Co ltd; SAAS BIOTECHNOLOGY AND NUCLEAR TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: CN103011153A

Abstract

本发明提供了一种石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法。该方法包括：（1）将石墨粉与双氧水按质量比混合均匀，在匀速搅拌条件下，送入钴—60室，利用⁶⁰Co产生的γ射线依次在0.03—0.1KGY、0.2—2.5KGY、0.01—0.03KGY的射线强度下分别照射，得到石墨烯悬浮液；（2）将石墨烯悬浮液与甲醛、乙醇、苯酚、苯胺、二乙烯三胺中的一种按质量比混合均匀，送入钴—60室，利用⁶⁰Co产生的γ射线在0.01—0.05KGY的射线强度下照射，再在10—250kHz超声振荡作用下反应，即制得石墨烯溶胶。将石墨烯溶胶过滤，蒸馏水洗涤，干燥即得石墨烯。本发明方法操作简单、更安全、清洁，适宜规模化生产。

Description

石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法。

背景技术：

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)的平面薄膜，只有一个碳原子厚度排列构成的单层二维晶体材料，其最大的特性是其中电子的运动速度远远超过电子在一般导体中的运动速度。大量文献资料报道表明石墨烯可被广泛应用于超轻型材料（如超薄超轻防弹衣、飞机等）、微电子领域、超微型晶体管、超级计算机、超级电容器等等。我们自己的研究结果表明，石墨烯在农业领域的应用也有重要发现，尤其是在提高植物养分吸收、利用效率，减少化肥或农药用量方面有着显著的效应。

目前，石墨烯的合成方法主要有微机械分离法、取向附生法和SiC热分解法、化学还原法与化学解理法等机械物理剥离或化学氧化还原方法。机械的物理剥离方法能够生产出比较完整和高纯度的石墨烯，其微结构、导电导热性能较好，但受石墨烯和基质之间碳层的黏合影响容易出现厚薄不均匀，尺寸也不容易控制，同时必须借助高昂的设备，且生产效率比较低。化学氧化还原法比较容易实现规模化生产，但往往涉及苛刻的反应条件、大量使用有毒、易燃、易爆物质等强的氧化还原剂，如发烟硫酸、水合肼、金属钠钾等，且规模生产过程中废水处理、防火防爆等工序复杂。实现石墨烯的低成本、清洁高、效批量生产依然是该领域亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上石墨烯生产过程中存在的不足，提供一种均匀稳定，具有良好的分散性和相容性的石墨烯溶胶的制备方法。本发明的另一个目的是为了提供一种操作简单、更安全、更清洁适宜规模化生产的石墨烯的制备方法。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明石墨烯溶胶的制备方法包括以下步骤：

（1）将石墨粉与双氧水按质量比1：2—5的比例混合均匀，匀速搅拌条件下、送入钴—60室（⁶⁰Co），利用⁶⁰Co产生的γ射线、依次在0.03—0.1KGY、0.2—2.5KGY、0.01—0.03KGY的射线强度下分别照射1—2小时、2—4小时和1—2小时，得到石墨烯悬浮液；

（2）将石墨烯悬浮液与甲醛、乙醇、苯酚、苯胺、二乙烯三胺中的一种按质量份1—3:1的比例混合均匀，将该混合物送入钴—60室（⁶⁰Co），利用⁶⁰Co产生的γ射线在0.01—0.05KGY的射线强度下照射0.5—1小时后取出，再在10—250kHz超声振荡作用下反应1—2小时，即得到均匀稳定的石墨烯溶胶。

本发明石墨烯的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将石墨粉与双氧水按质量比1：2—5的比例混合均匀，在匀速搅拌条件下送入钴—60室，利用⁶⁰Co产生的γ射线、依次在0.03—0.1KGY、0.2—2.5KGY、0.01—0.03KGY的射线强度下分别照射1—2小时、2—4小时和1—2小时，得到石墨烯悬浮液；

（2）将石墨烯悬浮液与甲醛、乙醇、苯酚、苯胺、二乙烯三胺中的一种按质量比1—3:1的比例混合均匀，将该混合物送入钴—60室，利用⁶⁰Co产生的γ射线、在0.01—0.05KGY的射线强度下照射0.5—1小时后取出，再在10—250kHz超声振荡作用下反应1—2小时，即制得均匀稳定的石墨烯溶胶；

（3）将石墨烯溶胶过滤，蒸馏水洗涤，干燥即制得石墨烯。

本发明方法以石墨粉为原料，利用电子同步加速原理，在氧化还原介质条件下通过γ射线照射实现电子能级跃迁和杂化轨道电子调排，从而制得石墨烯及石墨烯溶胶。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

（1）本发明法方法制备的石墨烯厚度在1—10纳米之间，层数在1—30层之间，优选厚度1—6纳米，1—13层石墨烯片，并能制备大表面积的均匀尺寸石墨烯片，具有高导电性、高导热性、高电磁波吸收性和耐磨性等性能。

（2）本发明采用γ射线促进电子跃迁和超声振荡分散剥离，所有反应过程均在常温常压下进行，无需高温或特制气体反应氛围，反应条件温和，能耗低。

（3）本发明采用的石墨烯制备方法，工艺简单、操作方便、反应周期短，适宜规模化生产。

（4）本发明制备的石墨烯溶胶均匀稳定，具有良好的分散性和相容性，方便涂布和复合材料自由组装。

附图说明：

图1为采用本发明方法制备的石墨烯的拉曼光谱曲线图。

图2为采用本发明方法制备的石墨烯扫描电子显微镜SEM图像图。

图3为采用本发明方法制备的石墨烯另一扫描电子显微图像镜SEM图像图。

图4为采用本发明方法制备的石墨烯透射电子显微镜TEM表征检测结构图。

具体实施方式：

实施例1：

本实施例1石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法，是将石墨粉与双氧水按质量比1︰2的比例混合均匀，匀速搅拌条件下，送入钴—60室（⁶⁰Co），利用⁶⁰Co产生的γ射线、依次在0.1KGY、2.5KGY、0.05KGY的射线强度下分别照射1小时、2小时和1小时制得石墨烯悬浮液；再将石墨烯悬浮液与甲醛按质量比3:1的比例混合均匀后送入钴—60室（⁶⁰Co），利用⁶⁰Co产生的γ射线、在0.05KGY的射线强度下照射0.5小时后取出，于250kHz超声振荡作用下反应1小时，即得到均匀稳定的石墨烯溶胶；最后将石墨烯溶胶过滤，蒸馏水洗涤3次，干燥即可制得石墨烯。

经检测，用本实施例1上述方法制备的石墨烯溶胶中，石墨烯含量达到20.65%（如经蒸馏浓缩处理可以更高）。石墨转化为石墨烯的产率约为83%。

图1是采用本发明方法制备的石墨烯拉曼光谱曲线图。通过在1588.89cm^—1处可识别出本发明方法制备石墨烯的形成。

图2是本实施例1制备的石墨烯扫描电子显微镜SEM图像图，表明采用本发明方法形成了均匀的石墨烯片。

实施例2：

本实施例2石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法，是将石墨粉与双氧水按质量比1︰5的比例混合均匀，匀速搅拌条件下，送入钴—60室（⁶⁰Co），利用⁶⁰Co产生的γ射线、依次在0.03KGY、0.2KGY、0.01KGY的射线强度下分别照射2小时、4小时和2小时制得石墨烯悬浮液；再将石墨烯悬浮液与苯酚按质量比1︰1的比例混合均匀后送入钴—60室（⁶⁰Co），利用⁶⁰Co产生的γ射线、在0.01KGY的射线强度下照射1小时后取出，于10kHz超声振荡作用下反应2小时，即制得均匀稳定的石墨烯溶胶中；最后将石墨烯溶胶过滤，蒸馏水洗涤3次，干燥即可制得石墨烯。

经检测，用本实施例1制备的石墨烯溶胶中，石墨烯含量达到6.2%（如经蒸馏浓缩处理可以更高）。石墨转化为石墨烯的产率约为80%。

图3是采用本实施例2制备的石墨烯SEM图像图，表明本发明方法形成了均匀的石墨烯片。

实施例3：

本实施例3石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法，是将石墨粉与双氧水按质量比1︰3的比例混合均匀，匀速搅拌条件下，送入钴—60室（⁶⁰Co），利用⁶⁰Co产生的γ射线、依次在0.06KGY、1.6KGY、0.03KGY的射线强度下分别照射1.5小时、2.5小时和1小时制得石墨烯悬浮液；再将石墨烯悬浮液与二乙烯三胺按质量比2:1的比例混合均匀后送入钴—60室（⁶⁰Co），利用⁶⁰Co产生的γ射线、在0.03KGY的射线强度下照射1.5小时后取出，于180kHz超声振荡作用下反应1小时，即制得均匀稳定的石墨烯溶胶；最后将石墨烯溶胶过滤，蒸馏水洗涤3次，固体干燥即可制得石墨烯。

经检测，用本实施例3上述方法制备的石墨烯溶胶，石墨烯含量达到15.1%（如经蒸馏浓缩处理可以更高）。石墨转化为石墨烯的产率约为92%。

图4为采用本实施例3所制备的石墨烯经透射电子显微镜（TEM）表征检测结果图片.检测结果表明本实施例3方法制备的石墨烯为平面结构，尺寸可达到20个微米，且未见到任何杂质阴影，非常纯净。

上述各实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

Claims

1.石墨烯溶胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

（2）将石墨烯悬浮液与甲醛、乙醇、苯酚、苯胺、二乙烯三胺中的一种按质量比1—3:1的比例混合均匀，将该混合物送入钴—60室，利用⁶⁰Co产生的γ射线在0.01—0.05KGY的射线强度下照射0.5—1小时后取出，再在10—250kHz超声振荡作用下反应1—2小时，即制得均匀稳定的石墨烯溶胶。

2.石墨烯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将石墨粉与双氧水按质量份1：2—5的比例混合均匀，在匀速搅拌条件下送入钴—60室，利用⁶⁰Co产生的γ射线、依次在0.03—0.1KGY、0.2—2.5KGY、0.01—0.03KGY的射线强度下分别照射1—2小时、2—4小时和1—2小时，得到石墨烯悬浮液；

（2）将石墨烯悬浮液与甲醛、乙醇、苯酚、苯胺、二乙烯三胺中的一种按质量比1—3:1的比例混合均匀，将该混合物送入钴—60室，利用⁶⁰Co产生的γ射线在0.01—0.05KGY的射线强度下照射0.5—1小时后取出，再在10—250kHz超声振荡作用下反应1—2小时，即制得均匀稳定的石墨烯溶胶；

（3）将石墨烯溶胶过滤，蒸馏水洗涤，干燥即制得石墨烯。