CN108455586B - 一种提高石墨烯分散性能的方法 - Google Patents
一种提高石墨烯分散性能的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108455586B CN108455586B CN201810160454.3A CN201810160454A CN108455586B CN 108455586 B CN108455586 B CN 108455586B CN 201810160454 A CN201810160454 A CN 201810160454A CN 108455586 B CN108455586 B CN 108455586B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- dispersion
- dispersion performance
- mass ratio
- improving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种提高石墨烯分散性能的方法。本发明提供的提高石墨烯分散性能的方法，包括将经N,N‑二甲基甲酰胺溶剂超声处理所得石墨烯/DMF混合物过滤后得表面功能化的石墨烯，将上述表面功能化的石墨烯超声水浴分散在去离子水中，加入表面活性剂和维生素C，得混合液，将上述混合液混合均匀，离心，收集上层液体，得分散液，将上述分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90‑100℃，加入水合肼和维生素C，恒速磁力搅拌下反应1.5‑3h，冷却至室温。本发明提供的提高石墨烯分散性能的方法能够使石墨烯在水中均匀分散，且分散效率高，分散稳定性高，而且能够满足工业化制备的要求。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种提高石墨烯分散性能的方法。
背景技术
完美的石墨烯是由碳原子经sp2杂化成键形成的稳定二维平面结构，如此惰性的表面结构给单片石墨烯的稳定存在及其在其它溶剂中的分散带来难题，由此而限制了石墨烯及石墨烯基复合材料的研究开发与应用。要想实现石墨烯广泛应用，首先要解决的问题就是石墨烯的分散稳定性。对于如何改善石墨烯的分散性问题，有大量的科研人员在这方面作了一系列研究，其方法主要集中在对石墨烯的表面改性、引入外来分子如负载纳米粒子、加入表面活性剂分子、引入高分子以及掺杂芳香族大分子等，也有利用还原的氧化石墨烯面内或边缘含氧官能团的静电排斥作用以减弱片层间的范德华力来达到稳定分散的目的。
石墨烯可通过共价键功能化和非共价键功能化两种途径进行改性，在这些方面已取得了很大进展。共价键功能化通过控制其它反应物与石墨烯形成稳定的共价键而赋予其许多优异的性质，但是也会不可避免的破坏石墨烯原有的结构特征，使其本征性能受到不同程度的影响。而非共价键功能化，修饰分子通过π-π相互作用、氢键等作用与石墨烯结合在一起，在满足提高石墨烯分散性能的前提下，对其结构破坏程度相对微弱，因而能较好的保持石墨烯的固有性能，提高石墨烯的分散性能。
中国专利申请CN106115668A公开了一种石墨烯的分散方法及石墨烯复合材料，包括以下步骤，使硬质材料颗粒处于振动流化且不规则运动状态，将氧化石墨烯溶液均匀喷洒在硬质材料颗粒表面，得到均匀分散的石墨烯复合材料。该发明虽然能够解决石墨烯易团聚的问题，能够保证石墨烯的均匀分散，但是，其得到的是一种石墨烯复合材料，包括硬质材料颗粒及其表面均匀分散复合的石墨烯层，也就是说该方法不能使石墨烯均匀地分散在水性分散体系中。
中国专利申请CN106902701A公开了一种石墨烯分散剂，所述石墨烯分散剂由以下质量份数的组分组成：N-甲基吡咯烷酮1-3份，十六烷基苯磺酸钠1-4份，十二烷基苯磺酸钠1-4份，聚乙烯吡咯烷酮1-3份，木质素磺酸钠1-4份，胆酸钠1-4份，十六烷基三甲基溴化铵1-2份，聚氧乙烯月桂醚1-3份，吐温801-3份，聚乙二醇对异辛基苯基醚1-3份，赖氨酸1-4份，聚乙烯醇1-3份(分子量大于20000)，聚丙烯酰胺1-3份，聚丙烯酸1-3份，聚甲基丙烯酸1-3份，聚氧化乙烯1-4份。该发明的石墨烯分散剂虽然能够迅速分散石墨烯且长时间不团聚，但是，其所用分散剂种类繁多，会对石墨烯的性能造成一定影响。
因此，现有技术中仍缺少一种能够在水中均匀分散石墨烯且分散效率高、分散稳定性高、对石墨烯结构破坏较小的方法，来解决石墨烯易团聚的问题，而且能够满足工业化制备的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高石墨烯分散性能的方法。本发明提供的提高石墨烯分散性能的方法能够使石墨烯在水中均匀分散，且分散效率高，分散稳定性高，而且能够满足工业化制备的要求。
本发明的技术方案是：
一种提高石墨烯分散性能的方法，包括以下步骤：
S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的28-32倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为23-25kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；
S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为300-500W、超声时间为15-25min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，得混合液；
S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为2000-3000r/min，离心时间为15-20min，收集上层液体，得分散液；
S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90-100℃，加入水合肼和维生素C，恒速磁力搅拌下反应1.5-3h，冷却至室温。
优选地，所述步骤S2所述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比10-14:1-3组成。
更加优选地，所述步骤S2所述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比13:2组成。
优选地，所述步骤S2表面活性剂和维生素C的质量比为20-25:2-5。
更加优选地，所述步骤S2表面活性剂和维生素C的质量比为23:4。
优选地，所述步骤S4水合肼和维生素C的质量比为2-5:7-10。
更加优选地，所述步骤S4水合肼和维生素C的质量比为3:8。
本发明首先通过基于π-π相互作用机理的非共价键功能化方法，对石墨烯进行表面功能化，然后再结合表面活性剂，使得水性分散体系中石墨烯的浓度较高。本发明对石墨烯进行表面功能化时，获得较好的亲水性的同时最大程度地保持了较高的导电率；表面功能化和表面活性剂二者能形成一个较好的组合，从而在采用该组合技术之后的水性分散体系中石墨烯达到较好的效果。
本发明中由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按一定质量比组成的表面活性剂分子具有双亲性，在溶液表面能定向排列，它的分子结构中一端为亲水基团，一端为憎水基团。表面活性剂与石墨烯结合时，它的憎水基团与石墨烯会通过疏水作用相结合，另一端暴露在外面与水亲和，因此石墨烯就会通过与表面活性剂的结合而很好地分散于水中。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明提供的提高石墨烯分散性能的方法能够使石墨烯在水中均匀分散，且分散效率高，分散稳定性高，解决了石墨烯易团聚的问题。
(2)本发明提供的提高石墨烯分散性能的方法对石墨烯结构破坏较小、尽量保持石墨烯的导电性能。
(3)本发明提供的提高石墨烯分散性能的方法操作简单，成本低，对工艺设备的要求低，易于工业化实施。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例1、一种提高石墨烯分散性能的方法
所述提高石墨烯分散性能的方法，包括以下步骤：
S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的28倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为23kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；
S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为300W、超声时间为15min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，上述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比10:3组成，上述表面活性剂和维生素C的质量比为20:5，得混合液；
S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为2000r/min，离心时间为15min，收集上层液体，得分散液；
S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90℃，加入水合肼和维生素C，上述水合肼和维生素C的质量比为2:10，恒速磁力搅拌下反应1.5h，冷却至室温。
实施例2、一种提高石墨烯分散性能的方法
所述提高石墨烯分散性能的方法，包括以下步骤：
S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的32倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为25kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；
S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为500W、超声时间为25min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，上述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比14:1组成，上述表面活性剂和维生素C的质量比为25:2，得混合液；
S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为3000r/min，离心时间为20min，收集上层液体，得分散液；
S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至100℃，加入水合肼和维生素C，上述水合肼和维生素C的质量比为5:7，恒速磁力搅拌下反应3h，冷却至室温。
实施例3、一种提高石墨烯分散性能的方法
所述提高石墨烯分散性能的方法，包括以下步骤：
S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的30倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为24kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；
S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为400W、超声时间为20min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，上述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比13:2组成，上述表面活性剂和维生素C的质量比为23:4，得混合液；
S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为2500r/min，离心时间为18min，收集上层液体，得分散液；
S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至95℃，加入水合肼和维生素C，上述水合肼和维生素C的质量比为3:8，恒速磁力搅拌下反应2h，冷却至室温。
对比例1、一种提高石墨烯分散性能的方法
所述提高石墨烯分散性能的方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，所述步骤S2中表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比1:1组成。
对比例2、一种提高石墨烯分散性能的方法
所述提高石墨烯分散性能的方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，所述步骤S2中表面活性剂为二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物。
对比例3、一种提高石墨烯分散性能的方法
所述提高石墨烯分散性能的方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，所述步骤S2中未加入维生素C。
对比例4、一种提高石墨烯分散性能的方法
所述提高石墨烯分散性能的方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，所述步骤S4中水合肼和维生素C的质量比为1:1。对比例5、一种提高石墨烯分散性能的方法
所述提高石墨烯分散性能的方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，所述步骤S4中升温至80℃。
试验例一、稳定性试验
1、试验材料：采用实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5的方法制得的石墨烯分散液。
2、试验方法：
将采用实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5的方法制得的石墨烯分散液静置1年，观察底部有无沉淀。
3、试验结果如表1所示。
表1：稳定性试验结果
由表1可以看出，采用实施例1、实施例2的方法制得的石墨烯分散液底部几乎无沉淀，采用实施例3的方法制得的石墨烯分散液底部无沉淀，这说明采用本发明的方法制得的石墨烯分散液非常稳定，其中实施例3的稳定性最好，为本发明的最佳实施例；而对比例1-5制得的石墨烯分散液在静置1年后，底部均有不同程度的沉淀，与对比例1-5相比，实施例3的稳定性更佳。
试验例二、分散效率
1、试验材料：采用实施例3、对比例1、对比例2、对比例3的方法制得的石墨烯分散液。
2、试验方法：
分别取相同体积的石墨烯分散液，进行冷冻干燥，称量所得到固体样品的质量，分别计算出石墨烯分散液的浓度。
3、试验结果如表2所示。
表2：石墨烯分散液的浓度
| 项目 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 浓度(mg/mL) | 0.912 | 0.583 | 0.295 | 0.378 |
由表2可以看出，采用本发明实施例3的方法制得的石墨烯分散液的浓度较高；与对比例1-3相比，实施例3的浓度更高。
Claims (6)
1.一种提高石墨烯分散性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将石墨烯加入到容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的加入量为石墨烯质量的28-32倍，混合均匀，将容器密封，用超声细胞粉碎机超声，超声频率为23-25kHz，超声时间与间歇时间分别为3s和2s，为了使分散液的温度低于30℃，对容器釆取冰浴处理，得石墨烯/DMF混合物，过滤，得表面功能化的石墨烯；
S2将步骤S1所得表面功能化的石墨烯，通过超声水浴分散在去离子水中，超声功率为300-500W、超声时间为15-25min，使溶液中表面功能化的石墨烯的含量为1mg/mL，加入表面活性剂和维生素C，得混合液；
S3用超声波细胞探针粉碎仪使步骤S2所得混合液混合均匀，离心，离心速度为2000-3000r/min，离心时间为15-20min，收集上层液体，得分散液；
S4将步骤S3所得分散液置于装有恒流泵的三口烧瓶中，升温至90-100℃，加入水合肼和维生素C，恒速磁力搅拌下反应1.5-3h，冷却至室温；
所述步骤S2所述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比10-14:1-3组成。
2.如权利要求1所述的提高石墨烯分散性能的方法，其特征在于，所述步骤S2所述表面活性剂由二甲基二烯丙基氯化铵-苯乙烯-丙烯酰胺共聚物和胆酸钠按质量比13:2组成。
3.如权利要求1所述的提高石墨烯分散性能的方法，其特征在于，所述步骤S2表面活性剂和维生素C的质量比为20-25:2-5。
4.如权利要求3所述的提高石墨烯分散性能的方法，其特征在于，所述步骤S2表面活性剂和维生素C的质量比为23:4。
5.如权利要求1所述的提高石墨烯分散性能的方法，其特征在于，所述步骤S4水合肼和维生素C的质量比为2-5:7-10。
6.如权利要求5所述的提高石墨烯分散性能的方法，其特征在于，所述步骤S4水合肼和维生素C的质量比为3:8。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810160454.3A CN108455586B (zh) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | 一种提高石墨烯分散性能的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810160454.3A CN108455586B (zh) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | 一种提高石墨烯分散性能的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108455586A CN108455586A (zh) | 2018-08-28 |
| CN108455586B true CN108455586B (zh) | 2019-06-28 |
Family
ID=63217418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810160454.3A Active CN108455586B (zh) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | 一种提高石墨烯分散性能的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108455586B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109439298B (zh) * | 2018-10-15 | 2021-03-02 | 中国石油集团工程技术研究院有限公司 | 一种抗高温抗钙保护油气储层的水基钻井液封堵剂及其钻井液及应用 |
| CN110127683B (zh) * | 2019-06-19 | 2023-04-11 | 哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司 | 一种石墨烯分散液及其制备方法和用途 |
| CN110240156B (zh) * | 2019-06-20 | 2022-07-22 | 付睿 | 石墨烯浓缩聚胶及其制备方法和应用 |
| CN112029019B (zh) * | 2020-08-27 | 2022-12-02 | 青岛昊鑫新能源科技有限公司 | 一种碳纳米管分散剂及其制备方法 |
| CN116281985A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-06-23 | 湖北冶金地质研究所(中南冶金地质研究所) | 一种基于物理改性手段制备高分散性石墨烯的方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104058392B (zh) * | 2014-06-12 | 2016-06-29 | 同济大学 | 一种石墨烯胶体分散液的制备方法 |
| CN105419129A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-03-23 | 江苏润德医用材料有限公司 | 石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法及应用 |
| CN106145097B (zh) * | 2016-06-13 | 2018-07-27 | 南京工业大学 | 一种亲疏水性可控的还原氧化石墨烯的制备方法 |
| CN106752926B (zh) * | 2016-11-28 | 2019-07-05 | 复旦大学 | 一种石墨烯/聚硅氧烷复合涂层材料及其制备方法 |
| CN106751522B (zh) * | 2016-12-23 | 2018-12-18 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种改善石墨烯在环氧树脂中分散性及界面相容性的方法 |
-
2018
- 2018-02-27 CN CN201810160454.3A patent/CN108455586B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108455586A (zh) | 2018-08-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108455586B (zh) | 一种提高石墨烯分散性能的方法 | |
| CN104772064B (zh) | 一种石墨烯分散液的制备方法 | |
| CN105110318B (zh) | 一种石墨烯水性浆料及其制备方法 | |
| CN105645403B (zh) | 一种高性能氮掺杂三维石墨烯的制备方法 | |
| CN104310388B (zh) | 石墨烯复合粉体材料及其制备方法 | |
| CN103937016B (zh) | 一种制备石墨烯/高分子乳液复合薄膜材料的喷涂方法 | |
| CN105349114A (zh) | 掺杂氮化硼复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110183731B (zh) | 一种聚苯胺改性纳米碳材料的制备方法 | |
| CN108455584A (zh) | 一种石墨烯水性浆料及其制备方法 | |
| CN107611440A (zh) | 一种碗形碳材料、其制备及点线面三相复合导电浆料 | |
| CN105315507A (zh) | 一种制备改性石墨烯-壳聚糖复合薄膜的方法 | |
| CN109928757A (zh) | 一种自组装碳化硼-石墨烯复合陶瓷及其制备方法 | |
| CN108975863A (zh) | 基于气泡模板法的石墨烯-碳纳米管复合气凝胶 | |
| CN115611266B (zh) | 氧氮金属掺杂的纳米碳材料的制备方法及在橡胶中的应用 | |
| CN110257662A (zh) | 一种铜-石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN105218845A (zh) | 一种改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的制备方法 | |
| CN103103775B (zh) | 一种乳液型碳纤维用上浆剂及其制备方法和应用 | |
| CN113351177B (zh) | 一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用 | |
| CN109305675A (zh) | 一种量子点辅助制备石墨烯分散液的方法 | |
| MXPA04000240A (es) | COMPUESTOS DE FLUORURO DE POLIVINILIDENO Y MeTODOS PARA SU PREPARACION. | |
| CN113044834B (zh) | 石墨烯宏观体材料、石墨烯/聚合物复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN108083264A (zh) | 一种三维石墨烯的制备方法 | |
| CN110284265B (zh) | 一种多功能的石墨烯改性无纺布及其制备方法 | |
| CN109830660A (zh) | 石墨烯/五氧化二铌复合电极材料及其制备方法 | |
| CN108101038A (zh) | 一种呋咱类衍生物作为氮源的氮掺杂石墨烯的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |