CN106082195A - 一种石墨烯的球磨式制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于碳材料的制备技术领域，涉及一种颗粒均匀、尺寸小和表面积大的高质量石墨烯材料的球磨式制备方法,将石墨和干冰按质量比进行配合，放于常规球磨机的球磨罐中进行密封后固定在球磨机上，启动球磨机并以持续转动球磨制得氧化石墨烯，再将制得的氧化石墨烯控温200‑1000摄氏度进行，制得石墨烯产品，其方法绿色环保，制备出的石墨烯产品晶体结构完整、比表面积高、品质好，制造成本低，安全性好，具有良好的市场应用前景。

Description

一种石墨烯的球磨式制备方法

技术领域：

本发明属于碳材料的制备技术领域，涉及一种石墨烯的制备方法，特别是一种颗粒均匀、尺寸小和表面积大的高质量石墨烯材料的球磨式制备方法。

背景技术：

石墨烯是已知的最薄、强度最大、导电导热性能最强的纳米材料之一，是由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝晶体结构，它牢固坚硬，断裂强度比最好的钢材还要高200倍，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％，石墨烯在室温下传递电子的速度比已知导体都快，石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。石墨烯的这些优异性能使石墨烯在射频晶体管、超灵敏传感器、柔性透明导电薄膜、超强和高导电符合材料、高性能锂离子电池、超级电容器等领域展现出巨大的应用前景。现有的石墨烯的制备方法中，主要包括化学气相沉积法、表面外延生长法及化学还原氧化法等制备石墨烯的方法，但是上述制备方法都有存在局限性，制约着石墨烯大规模生产及广泛应用。如化学气相沉积法需要用到气相沉积设备、抽真空设备及表面波等离子体设备，这些设备都是实验室仪器，价格昂贵，且要求操作精度高，不能满足工业的制作需要。再如表面外延生长法，利用乙醇等含碳燃料的火焰在生长有催化剂金属纳米晶层的基板上制取石墨烯；利用同时含有碳、氮元素的胺类液体产生的火焰，在相同的基板上直接制备氮掺杂的石墨烯，但是该方法不能够大规模的生产，且不能很好的控制得到纯石墨烯，因此也不能满足工业的各种应用需求。再如化学还原氧化法，需在冰浴的条件将石墨在搅拌下缓慢加入98％的浓硫酸，在缓慢加入高锰酸钾后恒温水浴，在缓慢加入去离子水后，加入双氧水，过滤洗剂干燥得到氧化石墨烯。然后将吡啶与醇类有机溶剂混合，将氧化石墨超声分散在上述混合溶液中，再将分散液转移到高压反应釜中，120～200℃加热反应12～48h，得到石墨烯，该实验方法一方面是在通过石墨在强氧化剂的作用下，制备的氧化石墨烯还原后得到的石墨烯具有较大的缺陷，严重影响导电性；另一方面使用有机溶剂，容易引起环境污染，同时操作过程复杂，实验条件要求苛刻。中国专利CN201110361135.7公开了一种新型的石墨烯制备方法，先把起催化作用的衬底放入反应室中，将反应室抽真空后向反应室通入惰性的气体，通过射频辉光放电，激发反应室内的气体产生等离子体，再向反应室内通入有机气体来制备石墨烯。上述专利所述方法虽然可以使石墨烯的反应温度大大降低，同时也打破了传统制备方法的局限性，但是制备工艺极为复杂，操作步骤繁多，还需要配合极高的操作精度，制备难度大，不利于大规模生产。因此，寻求设计一种绿色环保，制备条件简单，能够工业化大规模生产的石墨烯制备方法，很有市场前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种高质量石墨烯的球磨式制备方法，以价格低廉且极易取得的石墨和干冰为原料，利用球磨机进行球磨，制备出颗粒均匀、尺寸小和表面积大的高质量石墨烯。

为了实现上述目的，本发明涉及的石墨烯的制备具体工艺包括以下步骤：选择市售的石墨和干冰(固态二氧化碳)产品，将石墨和干冰按质量比为10：1-1：10进行配合，放于常规球磨机的球磨罐中进行密封后固定在球磨机上，启动球磨机并以100-1000rpm的转速持续转动球磨5-72h，制得球磨式氧化石墨烯，将制得的球磨式氧化石墨烯进行热处理，加热处理温度为200-1000摄氏度，制得石墨烯产品；所制得的石墨烯产品的粒径尺寸小于150nm，厚度小于4nm，比表面积值大于600m2/g，具有吸附性能，能够广泛应用于动力电池、导电油墨、润滑油和防腐涂料。

本发明与现有技术相比，以干冰和石墨为原料，采用球磨机球磨的方法，制得球磨的氧化石墨烯，再通过热处理工艺得到球磨石墨烯，制备过程中无需添加有机溶剂及强还原剂，制备方法绿色环保，制备出的石墨烯产品晶体结构完整、比表面积高、品质高，同时制造成本低，安全性好，具有良好的市场应用前景。

附图说明：

图1为本发明涉及的石墨烯的透射电镜图。

图2为本发明涉及的石墨烯的原子力显微镜图

图3为本发明涉及的石墨烯的比表面积测试结果图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1:

本实施例涉及的制备石墨烯的具体工艺包括以下步骤：称量30g石墨和100g干冰放入球磨罐中，将放有石墨和干冰的球磨罐密封后固定在球磨机上，启动球磨机，以600rpm的转速持续转动48h，制得球磨氧化石墨烯，将制得的氧化石墨烯在600摄氏度下热处理，制得球磨石墨烯产品。

实施例2:

本实施例涉及的制备石墨烯的具体工艺包括以下步骤：称量10g石墨和100g干冰放入球磨罐中，将放有石墨和干冰的球磨罐密封后固定在球磨机上，启动球磨机，以100rpm的转速持续转动70h，制得球磨氧化石墨烯，将制得的氧化石墨烯在800摄氏度下热处理，制得球磨石墨烯产品。

实施例3：

本实施例涉及的制备石墨烯的具体工艺包括以下步骤：称量100g石墨和10g干冰放入球磨罐中，将放有石墨和干冰的球磨罐密封后固定在球磨机上，启动球磨机，以1000rpm的转速持续转动5h，制得球磨氧化石墨烯，将制得的氧化石墨烯在1000摄氏度下热处理，制得球磨石墨烯产品。

实施例4：

本实施例涉及的制备石墨烯的具体工艺包括以下步骤：称量50g石墨和50g干冰放入球磨罐中，将放有石墨和干冰的球磨罐密封后固定在球磨机上，启动球磨机，以500rpm的转速持续转动50h，制得球磨氧化石墨烯，将制得的氧化石墨烯在400摄氏度下热处理，制得球磨石墨烯产品。

实施例5：

本实施例对制得的石墨烯产品的品质进行检测：对所制备的石墨烯产品做电镜检测，结果显示石墨烯产品的粒径尺寸小于150nm，如图1中所示；对所制备的石墨烯产品进行原子力显微镜检测，结果显示所制备的石墨烯产品的厚度小于4nm，如图2所示；对所制备的石墨烯产品的比表面积进行检测，结果显示所制备的石墨烯产品的比表面积值大于600m2/g，如图3所示，具有吸附性能，能够广泛应用于动力电池、导电油墨、润滑油和防腐涂料。

Claims (2)

1.一种石墨烯的球磨式制备方法，其特征在于具体制备工艺包括以下步骤：选择市售的石墨和干冰产品，将石墨和干冰按质量比为10：1-1：10进行配合，放于球磨机的球磨罐中进行密封后固定在球磨机上，启动球磨机并以100-1000rpm的转速持续转动球磨5-72h，制得球磨式氧化石墨烯，将制得的球磨式氧化石墨烯进行热处理，加热处理温度为200-1000摄氏度，制得石墨烯产品。

2.根据权利要求1所述方法制得的石墨烯产品，其特征在于石墨烯产品粒径尺寸小于150nm，厚度小于4nm，比表面积值大于600m2/g，具有吸附性能，能够广泛应用于动力电池、导电油墨、润滑油和防腐涂料。