CN108569691A - 一种石墨烯的制备方法 - Google Patents

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李喜
杨薇
李鑫
沈艺波
戴梦婷
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Abstract

本发明公开了一种石墨烯的制备方法，该方法包括：a）将阿拉伯胶溶于去离子水中并且不断搅拌加热至完全溶解，得淡黄色溶液；b）取淡黄色溶液，加入到装有ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，先以200~300rpm转速球磨5~10 min，使得溶液附着在小球的表面；再加入石墨粉，在相同条件下球磨5~10 h之后，再加入去离子水，继续球磨10~20min，取出溶液并且离心1000~5000 rpm，30~60min；除去沉淀得到均匀稳定的黑色溶液即所述石墨烯。本发明以阿拉伯胶和石墨为原料，经过机械球磨和离心分离作用，得到石墨烯溶液，所得到的石墨烯尺寸为2~3μm。通过掺杂入高分子材料中可以明显提高高分子材料的导热性能。

Description

一种石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及化学合成材料技术领域，具体地说是一种用机械球磨技术，利用胶带“粘贴”原理来剥离制备石墨烯。
背景技术
石墨烯作为一种二维纳米材料，自2004年发现以来一直受到世界各国的关注，并以其透光率高，导电导热性强，电阻小，比表面积大和机械强度高等优异性能和广阔的应用前景成为人们关注的热点。这些独特的性能使得石墨烯适合于电子设备、光子器件、先进的复合材料、涂料、储能装置、传感器、生物学等许多领域，同样这些突出的性能和潜在的应用已经刺激了石墨烯的生产。
但到目前为止，人们已经提出了许许多多的方法来生产石墨烯。如氧化还原法，气相沉积法等等。而氧化还原法制备得到的石墨烯有很多缺陷，且该制备方法比较危险同时实验产生的废液不好处理。而气相沉积法虽然可以制备出高质量的石墨烯，但是该方法制备成本十分高昂而不适合大规模推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯的制备方法，通过胶带“粘贴”原理，在ZrO2小球表面粘贴上一层薄薄粘性物质即阿拉伯胶溶液，这样就形成了一个“球形胶带”，然后在球磨过程中，石墨粉相当于粘贴在球的表面，这样通过不断球磨作用，石墨被连续不断的剥离再剥离，这样石墨的层数就减少，最后制备得到少层甚至单层石墨烯。本发明以阿拉伯胶和石墨为原料，经过机械球磨和离心分离作用，得到石墨烯溶液，其中，制备得到的石墨烯尺寸大约是2~3μm；通过掺杂入高分子材料中可以明显提高高分子材料的导热性能。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种石墨烯的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：将阿拉伯胶溶于去离子水中并且不断搅拌加热至完全溶解，得到淡黄色阿拉伯胶溶液，其溶液浓度为0.02~0.10g/ml；
步骤2：取阿拉伯胶溶液，加入到装有ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，先以200~300rpm转速球磨5~10 min，使得阿拉伯胶溶液附着在小球的表面；再加入石墨粉，在相同条件下球磨5~10 h之后，然后再加入去离子水，继续球磨10~20min，取出溶液并且离心1000~5000 rpm，30~60min；除去沉淀，得到均匀稳定的黑色溶胶即所述石墨烯；其中，去离子水加入量与石墨粉的质量之比为100~200:1，石墨粉与阿拉伯胶的质量比为1.5~5:1，ZrO2小球直径2mm~5mm。
本发明的有益效果
（1）通过机械球磨法用“粘贴”剥离原理制备出尺寸大约是2~3μm的石墨烯。
（2）通过把制备得到的石墨烯掺杂进入高分子材料中可以显著改变材料的导热性能。
本发明通过机械球磨法制备石墨烯，利用胶带“粘贴”原理，在ZrO2小球表面覆盖一层薄薄的具有黏性的阿拉伯胶溶液，再加入石墨，通过小球在球磨罐中的不断滚动来剥离石墨烯。所制备得到的石墨烯可以掺杂入高分子材料中，可以明显增强高分子材料的导热性能，进而运用于传热储能领域。
附图说明
图1为本发明实施例1球磨原理图；
图2为本发明实施例1得到的石墨烯溶液光学照片图；
图3为本发明实施例1中石墨和制备得到石墨烯溶液的拉曼图谱图；
图4 为本发明实施例1得到的石墨烯溶液的透射电镜图。
具体实施方式
实施例1
a. 称量2.0g阿拉伯胶溶于50ml去离子水中并且不断搅拌加热至完全溶解，得到淡黄色溶液；
b. 取5 ml淡黄色的阿拉伯胶溶液，加入到500 ml含有300g ，半径为2 mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨5 min，以使得阿拉伯胶溶液尽量附着在ZrO2小球的表面。再加0.5g 石墨粉（99.95%），以相同条件下球磨10h之后，然后再加入50 ml 去离子水，继续球磨10min，取出溶液并且离心3000 rpm 60min。除去沉淀得到均匀稳定的黑色溶液。
图1表示的是球磨原理图。通过在小球的表面覆盖一层具有黏性的阿拉伯胶溶液，然后再加入石墨，在许多小球不断滚动的过程中把石墨进行剥离。
图2表示在离心之后除去沉淀得到的均匀稳定的石墨烯溶液。
图3表示原料石墨与石墨烯的拉曼光谱图。从图中可以看到原始石墨和制备得到的石墨烯有明显的三个特征峰。它们分别是G峰、D峰和2D峰。在石墨烯拉曼谱图中，G峰位于1580 cm-1左右的位置，这个峰代表的是石墨烯中sp2杂化的碳原子的E2g面内伸缩振动模式。而位于1350 cm-1左右为石墨烯的缺陷峰D峰，这个峰通常被认为是石墨烯的无序振动峰。通过对石墨烯拉曼D峰的检测可以定量地对其缺陷密度进行一个简单的研究。此外，石墨烯还有一个明显的2D特征峰，一般出现在2700cm-1左右，它用于表征石墨烯待测物中碳原子的层间堆垛的方式。还有一个D'峰，这是其在球磨过程中引入的一个缺陷峰。可以看出制备得到的石墨烯的I 2D/I G=1.43的强度比石墨的I 2D/I G=1.05强度高，说明石墨烯层数减少被剥离。可以知道用阿拉伯胶制备的石墨烯GN的I D/I G的强度比原始石墨的I D/I G强，这是因为在球磨的过程中，ZrO2会不断破坏石墨的面内结构和边缘结构从而引入了缺陷。同时可以看石墨烯相对于石墨的2D峰发生蓝移，这也可以说明石墨被剥离而层数减少制备得到石墨烯。
图4表示机械剥离制备得到的石墨烯的透射电镜图谱，可以看出剥离出的石墨烯厚度比较薄，尺寸比较大。
实施例2
a. 称量2.0g阿拉伯胶溶于50ml去离子水中并且不断搅拌加热至完全溶解，得到淡黄色溶液。
b. 取8 ml淡黄色的阿拉伯胶溶液，加入到500 ml含有300g ，半径为4 mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨5 min，以使得阿拉伯胶溶液尽量附着在ZrO2小球的表面。再加0.5g 石墨粉（99.95%）, 以相同条件下球磨10 h之后，然后再加入50 ml 去离子水，继续球磨10min，取出溶液并且离心4000 rpm 60min。除去沉淀得到均匀稳定的黑色溶液。
实施例3
a. 称量3.0g阿拉伯胶溶于50ml去离子水中并且不断搅拌加热至完全溶解，得到淡黄色溶液。
b. 取4 ml淡黄色的阿拉伯胶溶液，加入到500 ml含有300g ，半径为2mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨5 min，以使得阿拉伯胶溶液尽量附着在ZrO2小球的表面。再加0.5g 石墨粉（99.95%）, 以相同条件下球磨8 h之后，然后再加入50 ml 去离子水，继续球磨10min，取出溶液并且离心3000 rpm 60min。除去沉淀得到均匀稳定的黑色溶液。
实施例4
a. 称量4.0g阿拉伯胶溶于50ml去离子水中并且不断搅拌加热至完全溶解，得到淡黄色溶液。
b. 取3 ml淡黄色的阿拉伯胶溶液，加入到500 ml含有300g ，半径为5mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨5 min，以使得阿拉伯胶溶液尽量附着在ZrO2小球的表面。再加0.8g 石墨粉（99.95%）, 以相同条件下球磨5 h之后，然后再加入100 ml 去离子水，继续球磨10min，取出溶液并且离心5000 rpm 60min。除去沉淀得到均匀稳定的黑色溶液。

Claims (1)

1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：将阿拉伯胶溶于去离子水中并且不断搅拌加热至完全溶解，得到淡黄色阿拉伯胶溶液，其溶液浓度为0.02~0.10g/ml；
步骤2：取阿拉伯胶溶液，加入到装有ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，先以200~300rpm转速球磨5~10 min，使得阿拉伯胶溶液附着在小球的表面；再加入石墨粉，在相同条件下球磨5~10 h之后，然后再加入去离子水，继续球磨10~20min，取出溶液并且离心1000~5000 rpm，30~60min；除去沉淀，得到均匀稳定的黑色溶胶即所述石墨烯；其中，去离子水加入量与石墨粉的质量之比为100~200:1，石墨粉与阿拉伯胶的质量比为1.5~5:1；ZrO2小球直径2mm~5mm。
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Citations (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104261398A (zh) * 2014-09-29 2015-01-07 广东东莞市天润电子材料有限公司 一种用于制备石墨烯的原料及其制备方法
CN106276881A (zh) * 2016-08-23 2017-01-04 黄云鸿 一种石墨烯的制备方法及石墨烯
CN107043105A (zh) * 2017-05-25 2017-08-15 拜永孝 一种连续规模化制备高品质石墨烯的方法

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Title
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