CN107381562A - 一种可3d打印用易加工的氧化石墨烯浆料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可3D打印用易加工的氧化石墨烯浆料及其制备方法和应用，将氧化石墨烯溶剂分散体系通过溶剂挥发、离心等方式浓缩为高粘度浆料，可通过3D打印，手工捏制，模具等多种方式实现复杂结构石墨烯三维体系的制备。与现有技术相比，本发明通过分散液浓缩制备可用于3D打印的易加工性氧化石墨烯浆料，方法简单，有效避免其它添加剂对石墨烯性能的影响，所得三维体系可避免石墨烯团聚，并可实现多种复杂三维结构的制备，有效发挥石墨烯优异的性能，所得三维结构在分离、吸附、生物医用、传感、能源储存、热传导等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种易加工的氧化石墨烯浆料及其制备方法和应用，所述氧化石墨烯浆料可用于3D打印，手工捏制，模具3D制备石墨烯三维体系。
背景技术
石墨烯是一种由sp2杂化碳原子构成的正六边形的二维晶体。石墨烯片层厚度仅为单个碳原子直径，表现出了十分高的热/电导率（~5000 W∙m-1∙K-1/~104 S∙cm-1）、高电子迁移率（~200000 cm2∙v-1∙s-1）、大比表面积（2630 m2∙g-1）、高杨氏模量（~1 TPa）、优异透光性（~97.7%）和突出的化学稳定性，可以广泛应用于导电导热复合材料、能源、环境以及生物医学等领域。
以氧化石墨烯（GO）为前驱体材料，通过化学还原来制备石墨烯是一种有较大发展潜力的技术路线，可以实现石墨烯的宏量制备。通过氧化石墨烯可组装成为大尺度二维材料如石墨烯膜和石墨烯纸。此外，为提高石墨烯的实用性，通过二维纳米氧化石墨烯片也可组装为宏观尺度的三维结构，相比于二维宏观结构，三维石墨烯可有效的防止石墨烯还原过程中片层团聚，保留石墨烯优异的纳米材料性能。
目前三维石墨烯以其独特的性能引起了人们的广泛关注，如高的比表面积和孔体积、低密度、高的电/热导率以及优异的力学性能等。通常三维的石墨烯组装物是通过GO分散液组装得到的。三维石墨烯的形状取决于反应器形状，可以获得形状比较规则的石墨烯组装物，如圆柱型、六面体、纤维状或者锥形。然而对于复杂形状的石墨烯组装物，则需要非常复杂的加工过程，工艺复杂，成本高，甚至有些形状难以实现，严重限制石墨烯的应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种易加工的氧化石墨烯浆料及其制备方法及其应用。以此浆料为原料，可通过3D打印，手工捏制，模具等多种方式实现复杂结构石墨烯三维体系的制备。本发明中石墨烯浆料无需其他任何添加剂，有效保证了石墨烯的纯度，石墨烯三维材料中无团聚，并且具有方法简单，快捷，宜推广的特性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种易加工的氧化石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤：
将石墨氧化制备成氧化石墨，然后将氧化石墨剥离为GO分散到溶剂中，再将GO分散液浓缩，获得浓度为30-150mg/ml的高粘度的氧化石墨烯浆料。
在本发明的优选的实施方式中，石墨氧化制备成氧化石墨的方法选自Brodie法、Staudenmaier法或Hummers法及其相应的改进方法。
在本发明的优选的实施方式中，通过超声分散、细胞破碎仪、机械搅拌、高压均质机等方法将氧化石墨剥离为GO分散到溶剂中。
在本发明的优选的实施方式中，通过室温挥发、加热搅拌、真空干燥等可使溶剂挥发的方法，或者离心等方法将GO分散液浓缩。
在本发明的优选的实施方式中，所述的石墨为天然石墨或合成石墨。
在本发明的优选的实施方式中，所述的溶剂为水、丙酮、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、乙二醇、DMSO、DMF、THF、吡啶中的一种或几种。
在本发明的优选的实施方式中，氧化石墨烯分散液浓度为0.01-20mg/ml。
本发明还保护上述制备方法制备得到的氧化石墨烯浆料。
本发明还保护所述氧化石墨烯浆料在采用3D打印，手工捏制，模具的方法制备复杂结构石墨烯三维体系中的应用。
本发明将氧化石墨烯溶剂分散体系通过加热搅拌等溶剂挥发方式或离心等方式浓缩为高粘度浆料，可通过3D打印，手工捏制，模具等多种方式实现复杂结构石墨烯三维体系的制备。与现有技术相比，本发明通过分散液浓缩制备可用于3D打印的易加工性氧化石墨烯浆料，方法简单，有效避免其它添加剂对石墨烯性能的影响，所得三维体系可避免团聚，有效发挥石墨烯优异的性能，所得三维结构在分离、吸附、生物医用、传感、能源储存、热传导等领域具有广阔的应用前景
附图说明：
以下结合附图对本发明作进一步说明：
图1为实施例1制备得到的高粘度氧化石墨烯浆料；
图2为实施例1手工捏制的三维结构；
图3为实施例1的石墨烯三维结构内部图；
图4为实施例2的模具制备的三维结构；
图5为实施例3的3D打印的三维结构；
图6为实施例5的手工捏制的小屋形三维结构。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
实施例1
将石墨通过Brodie法氧化制备氧化石墨，然后通过超声分散方法将氧化石墨剥离为GO分散到水中1mg/ml，通过60℃加热搅拌将GO分散液浓缩到50mg/ml，获得可用于3D打印的易加工性高粘度GO浆料。通过手工捏制可获得球形三维结构，冷冻干燥后形貌可保持不变，高温处理后获得石墨烯三维结构。
图1高粘度氧化石墨烯浆料；
图2为手工捏制的三维结构；
图3为石墨烯三维结构内部图。
实施例2
将石墨通过Staudenmaier法氧化制备氧化石墨，然后通过细胞破碎方法将氧化石墨剥离为GO分散到水溶剂中2mg/ml，通过80℃加热搅拌等方式将GO分散液浓缩110mg/ml，获得可用于3D打印的易加工性高粘度GO浆料。
图4为模具制备的三维结构。
实施例3
将石墨通过Hummers法氧化制备氧化石墨，然后通过细胞破碎方法将氧化石墨剥离为GO分散到叔丁醇溶剂中3mg/ml，通过加热搅拌等方式将GO分散液浓缩到110mg/ml，获得可用于3D打印的易加工性高粘度GO浆料。
图5为3D打印的三维结构。
实施例4
将石墨通过Hummers法氧化制备氧化石墨，然后通过细胞破碎方法将氧化石墨剥离为GO分散到叔丁醇溶剂中1mg/ml，通过加热搅拌等方式将GO分散液浓缩到100mg/ml，获得可用于3D打印的易加工性高粘度GO浆料。通过手工捏制可获得球形三维结构，冷冻干燥后形貌可保持不变，高温处理后获得石墨烯气凝胶三维结构。
实施例5
将石墨通过Hummers法氧化制备氧化石墨，然后通过细胞破碎方法将氧化石墨剥离为GO分散到叔丁醇溶剂中1mg/ml，通过加热搅拌等方式将GO分散液浓缩到150mg/ml，获得可用于3D打印的易加工性高粘度GO浆料。通过手工捏制可获得小屋形三维结构，冷冻干燥后形貌可保持不变，高温处理后获得石墨烯气凝胶三维结构。
图6手工捏制小屋形三维结构。
以上具体实施方式描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明的保护范围不受上述实施例的限制，任何不经过创造性劳动想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种可3D打印用易加工的氧化石墨烯浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将石墨氧化制备成氧化石墨，然后将氧化石墨剥离为氧化石墨烯分散到溶剂中，再将氧化石墨烯分散液浓缩，获得浓度为30-150mg/ml的高粘度的氧化石墨烯浆料。
2.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：石墨氧化制备成氧化石墨的方法选自Brodie法、Staudenmaier法或Hummers法及相应的改进方法。
3.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：通过超声分散、细胞破碎仪、机械搅拌、高压均质机等方法将氧化石墨剥离为氧化石墨烯分散到溶剂中。
4.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：通过室温挥发、加热搅拌、真空干燥等可使溶剂挥发的方法，或者离心等方法将氧化石墨烯分散液浓缩。
5.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：所述的石墨为天然石墨或合成石墨。
6.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为水、丙酮、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、乙二醇、DMSO、DMF、THF、吡啶中的一种或几种。
7.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯分散液浓度为0.01-20mg/ml。
8.权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备得到的氧化石墨烯浆料。
9.权利要求8所述的氧化石墨烯浆料在采用3D打印，手工捏制，模具的方法制备复杂结构氧化石墨烯三维体系中的应用。
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