CN104591174A - 一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法 - Google Patents

一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，将天然鳞片石墨和混酸混合加入高锰酸钾反应；再加入三氯化铁反应，洗涤过滤，回收干燥，得到插层石墨；将插层石墨瞬间高温处理或微波辐射，层间酸根离子瞬间膨胀形成膨胀石墨；将膨胀石墨置于乙醇中，超声波环境下利用超声空气化作用，使得石墨层间空气迅速膨胀，破碎、分散出多层石墨烯；将多层石墨烯在40℃、超声波条件下分别经过由除油、粗化、敏化、活化、还原得到。本发明以天然鳞片石墨为原料，对多层石墨烯表面整饰过程在40℃、超声波条件下进行，葡萄糖还原银盐液中银原子的过程平稳，形成的银纳米晶致密，形状规则、粒径均匀，能够很好的改善石墨烯的表面特性。

Description

一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料表面整饰工艺技术领域，具体涉及一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/(m·K)，高于碳纳米管和金刚石；常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s)，又比纳米碳管或硅晶体高；而电阻率只约10-6Ω/m，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。然而，石墨烯自身的粘性使它不容易在高分子树脂基体中良好的分散。
发明内容
本发明的目的是提供一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，该方法形成的银纳米晶致密、形状规则、粒径均匀。
本发明所采用的技术方案是，一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将天然鳞片石墨2～4质量份和混酸14～22质量份混合，充分搅拌30min，加入强氧化剂高锰酸钾0.4～1质量份进行反应10～30min；再加入插层剂三氯化铁0.1～0.4质量份反应30～60min，洗涤过滤，回收干燥，得到插层石墨；
步骤2，将步骤1得到的插层石墨瞬间900℃瞬间高温处理8～10s或微波辐射10～30s，层间酸根离子瞬间膨胀形成膨胀石墨；
步骤3，将步骤2得到的膨胀石墨置于75％乙醇溶液中，40KHz超声波环境下利用超声空气化作用，使得石墨层间空气迅速膨胀，破碎、分散出多层石墨烯；
步骤4，将多层石墨烯在40℃、超声波条件下分别经过由除油、粗化、敏化、活化、还原得到银纳米晶-多层石墨烯复合材料。
本发明的特点还在于，
步骤1中混酸为浓硫酸和浓硝酸的混合物，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为0.5～2：1。
步骤4中除油是采用16g氢氧化钠、3g碳酸钠和6g磷酸钠6g配制的混合溶液200ml进行除油。
步骤4中粗化是采用8g三氧化铬、3.8ml浓硫酸和1ml磷酸配置成的混合溶液200ml进行粗化。
步骤4中敏化是采用4g氯化亚锡和8ml浓盐酸配置成的混合溶液200ml进行敏化。
步骤4中活化是采用4g硝酸银和5ml氨水配置成的混合溶液200ml活性处理30min。
步骤4中还原是采用将9g葡萄糖、0.8g酒石酸和2ml乙醇配置成的混合溶液滴加到3.5g硝酸银、6ml氨水和2.5g氢氧化钠配置成的混合溶液200ml中形成的混合溶液中进行还原。
本发明的有益效果是，本发明银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，以天然鳞片石墨为原材料，通过氧化插层、高温处理及机械剥离制得多层石墨烯；通过化学镀法将银纳米晶附着在石墨烯的表面制得银纳米晶-多层石墨烯复合材料。该生产工艺稳定，操作简单，质量可靠，适合工业化大规模生产。
本发明对多层石墨烯表面整饰过程完全在40℃、超声波条件下进行，葡萄糖还原银盐液中银原子的过程平稳，形成的银纳米晶致密，形状规则、粒径均匀，能够很好的改善石墨烯的表面特性，改善其在树脂基复合材料中的分散。
附图说明
图1是本发明所制备的纳米银-多层石墨烯复合材料宏观下标尺为1μm透射电子显微镜照片；
图2是本发明所制备的纳米银-多层石墨烯复合材料的高倍透射电子显微镜照片；
图3是本发明所制备的纳米银-多层石墨烯复合材料宏观下标尺为2μm透射电子显微镜照片；
图4是本发明所制备的纳米银-多层石墨烯复合材料微观下标尺为100nm透射电子显微镜照片；
图5是本发明所制备的纳米银-多层石墨烯复合材料宏观下标尺为1μm扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将天然鳞片石墨2～4质量份和混酸14～22质量份混合(混酸为浓硫酸和浓硝酸的混合物，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为0.5～2：1)，充分搅拌30min，加入强氧化剂高锰酸钾0.4～1质量份进行反应10～30min；再加入插层剂三氯化铁0.1～0.4质量份反应30～60min，洗涤过滤，回收干燥，得到插层石墨；
步骤2，将步骤1得到的插层石墨瞬间900℃瞬间高温处理8～10s或微波辐射10～30s，层间酸根离子瞬间膨胀形成膨胀石墨；
步骤3，将步骤2得到的膨胀石墨置于75％乙醇溶液中，40KHz超声波环境下利用超声空气化作用，使得石墨层间空气迅速膨胀，破碎、分散出多层石墨烯；
步骤4，将多层石墨烯在40℃、超声波条件下分别经过由除油、粗化、敏化、活化、还原得到银纳米晶-多层石墨烯复合材料。
除油是采用16g氢氧化钠、3g碳酸钠和6g磷酸钠6g配制的混合溶液200ml进行除油；粗化是采用8g三氧化铬、3.8ml浓硫酸和1ml磷酸配置成的混合溶液200ml进行粗化；敏化是采用4g氯化亚锡和8ml浓盐酸配置成的混合溶液200ml进行敏化；活化是采用4g硝酸银和5ml氨水配置成的混合溶液200ml活性处理30min；还原是采用将9g葡萄糖、0.8g酒石酸和2ml乙醇配置成的混合溶液滴加到3.5g硝酸银、6ml氨水和2.5g氢氧化钠配置成的混合溶液200ml中形成的混合溶液中进行还原。
由图1～4可以看出，本发明制备得到的银纳米晶-多层石墨烯复合材料的多层石墨烯片层很薄；该多层石墨烯的层数约为7层；银纳米晶致密地排列在多层石墨烯表面；银纳米晶形状规则、大小均匀，粒径约为100nm。
由图5可以看出，银纳米晶致密地排列在多层石墨烯表面，与图3相互印证。
实施例1
步骤1，将天然鳞片石墨2质量份和混酸16质量份混合(混酸为浓硫酸和浓硝酸的混合物，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为0.5：1)，充分搅拌30min，加入强氧化剂高锰酸钾1质量份进行反应15min；再加入插层剂三氯化铁0.2质量份反应30min，洗涤过滤，回收干燥，得到插层石墨；
步骤2，将步骤1得到的插层石墨900℃瞬间高温处理8s，层间酸根离子瞬间膨胀形成膨胀石墨；
步骤3，将步骤2得到的膨胀石墨置于75％乙醇溶液中，40KHz超声波环境下利用超声空气化作用，使得石墨层间空气迅速膨胀，破碎、分散出多层石墨烯；
步骤4，将多层石墨烯在40℃、超声波条件下分别经过由除油、粗化、敏化、活化、还原得到银纳米晶-多层石墨烯复合材料。
实施例2
步骤1，将天然鳞片石墨3质量份和混酸14质量份混合(混酸为浓硫酸和浓硝酸的混合物，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为1：1)，充分搅拌30min，加入强氧化剂高锰酸钾0.8质量份进行反应20min；再加入插层剂三氯化铁0.1质量份反应40min，洗涤过滤，回收干燥，得到插层石墨；
步骤2，将步骤1得到的插层石墨900℃瞬间高温处理10s，层间酸根离子瞬间膨胀形成膨胀石墨；
步骤3，将步骤2得到的膨胀石墨置于75％乙醇溶液中，40KHz超声波环境下利用超声空气化作用，使得石墨层间空气迅速膨胀，破碎、分散出多层石墨烯；
步骤4，将多层石墨烯在40℃、超声波条件下分别经过由除油、粗化、敏化、活化、还原得到银纳米晶-多层石墨烯复合材料。
实施例3
步骤1，将天然鳞片石墨4质量份和混酸20质量份混合(混酸为浓硫酸和浓硝酸的混合物，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为1.5：1)，充分搅拌30min，加入强氧化剂高锰酸钾0.6质量份进行反应10min；再加入插层剂三氯化铁0.4质量份反应50min，洗涤过滤，回收干燥，得到插层石墨；
步骤2，将步骤1得到的插层石墨900℃微波辐射10s，层间酸根离子瞬间膨胀形成膨胀石墨；
步骤3，将步骤2得到的膨胀石墨置于75％乙醇溶液中，40KHz超声波环境下利用超声空气化作用，使得石墨层间空气迅速膨胀，破碎、分散出多层石墨烯；
步骤4，将多层石墨烯在40℃、超声波条件下分别经过由除油、粗化、敏化、活化、还原得到银纳米晶-多层石墨烯复合材料。
实施例4
步骤1，将天然鳞片石墨3质量份和混酸22质量份混合(混酸为浓硫酸和浓硝酸的混合物，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为2：1)，充分搅拌30min，加入强氧化剂高锰酸钾0.4质量份进行反应30min；再加入插层剂三氯化铁0.3质量份反应60min，洗涤过滤，回收干燥，得到插层石墨；
步骤2，将步骤1得到的插层石墨900℃微波辐射30s，层间酸根离子瞬间膨胀形成膨胀石墨；
步骤3，将步骤2得到的膨胀石墨置于75％乙醇溶液中，40KHz超声波环境下利用超声空气化作用，使得石墨层间空气迅速膨胀，破碎、分散出多层石墨烯；
步骤4，将多层石墨烯在40℃、超声波条件下分别经过由除油、粗化、敏化、活化、还原得到银纳米晶-多层石墨烯复合材料。

Claims (7)

1.一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将天然鳞片石墨2～4质量份和混酸14～22质量份混合，充分搅拌30min，加入强氧化剂高锰酸钾0.4～1质量份进行反应10～30min；再加入插层剂三氯化铁0.1～0.4质量份反应30～60min，洗涤过滤，回收干燥，得到插层石墨；
步骤2，将步骤1得到的插层石墨瞬间900℃瞬间高温处理8～10s或微波辐射10～30s，层间酸根离子瞬间膨胀形成膨胀石墨；
步骤3，将步骤2得到的膨胀石墨置于75％乙醇溶液中，40KHz超声波环境下利用超声空气化作用，使得石墨层间空气迅速膨胀，破碎、分散出多层石墨烯；
步骤4，将多层石墨烯在40℃、超声波条件下分别经过由除油、粗化、敏化、活化、还原得到银纳米晶-多层石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中混酸为浓硫酸和浓硝酸的混合物，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为0.5～2：1。
3.根据权利要求1所述的银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4中除油是采用16g氢氧化钠、3g碳酸钠和6g磷酸钠6g配制的混合溶液200ml进行除油。
4.根据权利要求1所述的银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4中粗化是采用8g三氧化铬、3.8ml浓硫酸和1ml磷酸配置成的混合溶液200ml进行粗化。
5.根据权利要求1所述的银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4中敏化是采用4g氯化亚锡和8ml浓盐酸配置成的混合溶液200ml进行敏化。
6.根据权利要求1所述的银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4中活化是采用4g硝酸银和5ml氨水配置成的混合溶液200ml活性处理30min。
7.根据权利要求1所述的银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4中还原是采用将9g葡萄糖、0.8g酒石酸和2ml乙醇配置成的混合溶液滴加到3.5g硝酸银、6ml氨水和2.5g氢氧化钠配置成的混合溶液200ml中形成的混合溶液中进行还原。
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