CN109678149A - 一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法 - Google Patents

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王爱丽
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Abstract

本发明属于石墨烯材料技术领域，公开了一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法。本发明以膨胀石墨为原料，乙醇作溶剂，经球磨制得的二维纳米石墨片，厚度在30nm左右。膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150～300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。本发明中制备的二维纳米石墨片与原始的膨胀石墨相比，厚度明显降低。

Description

一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法
技术领域
本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法。
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单层二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。但是目前宏量制备单层及多层石墨烯不仅成本及其昂贵，而且所制得的石墨烯质量也很难得到保证。有文献报道，当单个石墨厚度降低到一定程度时，其性能也能得到提升。
现有专利号CN103981507B公布了一种石墨烯的制备方法，提出一种新型的利用等离子体化学气相沉积制备石墨烯的方法，该方法涉及通氢气，加热至900℃，反应复杂且产量低。
现有专利号CN108706575A一种液相球磨剥离石墨烯的制备方法，但是该专利并没有涉及以膨胀石墨为原料，乙醇作为溶剂和95％氧化锆作为球磨介质的方法。
目前石墨烯的宏量制备有着诸多的限制，且成本一直居高不下，通过机械研磨制得的二维纳米石墨片，在润滑剂添加剂的应用的实验中，已经证明可以达到优于石墨烯的效果。未来将有可能在其他领域达到或接近石墨烯的效果。
发明内容
本发明提出一种更加便捷，效果更好的二维纳米石墨片的制备方法，该发明是通过下述技术方案得以实现的：
一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法，包括如下步骤：
(1)将一定量膨胀石墨与乙醇按比例混合，超声机超声，得到膨胀石墨的乙醇溶液；
(2)将膨胀石墨的乙醇溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下，启动砂磨机，在转速r1的情况下缓慢倒入氧化锆微珠；然后调整砂磨机转速，将转速调整为r2，持续搅拌T小时后，关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液；抽滤，离心，洗涤，烘干，得到二维纳米石墨片。
步骤(1)中，所述膨胀石墨和乙醇用量比例为1-5g：200mL，所述乙醇为无水乙醇或者是乙醇含量超过85％以上的乙醇水溶液。
步骤(1)中，所述的超声机功率为250W，超声的时间为1-3小时。
步骤(2)中，转速r1为500-2000转/分钟，转速r2为4000-8000转/分钟，搅拌时间T为6-12h。
步骤(2)中，所述的微珠为95％氧化锆微珠，粒径0.5-4mm，膨胀石墨和氧化锆微珠的用量比例为1-5g：1Kg。
步骤(2)中，所述烘干温度为80℃。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中制备的二维纳米石墨片与原始的膨胀石墨相比，厚度明显降低，厚度在30nm左右。
(2)膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150～300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。
(3)氧化锆微珠的优势：氧化锆微珠有极好的韧性，耐冲击，在高速运转中不碎裂，耐磨性是玻璃珠的30-50倍，其拥有极低的磨耗，极高的密度能有效提高研磨效率。
附图说明
图1为原料膨胀石墨的SEM图。
图2为实施例1中6000rpm,研磨8h制得的纳米石墨片的SEM图。
图3为实施例1中6000rpm,研磨8h制得的纳米石墨片的TEM图。
图4为实施例2中在8000rpm，研磨6h制得的纳米石墨片的SEM图
图5为实施例3中在8000rpm，研磨6h制得的纳米石墨片的SEM图。
图6为实施例4中在8000rpm，研磨12h制得的纳米石墨片的SEM图。
具体实施方式
以下为本发明的较佳实施例，能够更好地理解本发明，但本发明的实施例不限于此，同时其所示数据不代表对本发明特征范围的限制。
实施例1：
将1g膨胀石墨与200mL95％乙醇混合，放入超声机超声1小时。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，在转速500转/分钟的情况下缓慢倒入1Kg 2mm氧化锆微珠。调整砂磨机转速，将转速调整为6000转/分钟，持续搅拌8小时。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。形貌如图2和3所示，从图2中看出，膨胀石墨得到有效剥离，纳米石墨片厚度得到有效控制，为28.4nm。从图3中可以看出，研磨后的膨胀石墨厚度确实明显降低。
图1为原料膨胀石墨的SEM图。从图1中可以看出膨胀石墨边缘石墨堆叠密集，整个厚度也较厚。
实施例2：
将2g膨胀石墨与200mL无水乙醇混合，放入超声机超声2小时。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，在转速1000转/分钟的情况下缓慢倒入1Kg 1mm氧化锆微珠。调整砂磨机转速，将转速调整为8000转/分钟，持续搅拌6小时。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。形貌如图4所示，纳米石墨片厚度得到有效控制，为20.2或25.8nm。
实施例3：
将4g膨胀石墨与200mL85％乙醇混合，放入超声机超声3小时。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，在转速1500转/分钟的情况下缓慢倒入1Kg 4mm氧化锆微珠。调整砂磨机转速，将转速调整为8000转/分钟，持续搅拌6小时。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。形貌如图5所示，纳米石墨片厚度得到有效控制，为36.5nm。
实施例4：
将4g膨胀石墨与200mL85％乙醇混合，放入超声机超声3小时。将超声完毕的膨胀石墨溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下。启动砂磨机，在转速1500转/分钟的情况下缓慢倒入1Kg 3mm氧化锆微珠。调整砂磨机转速，将转速调整为8000转/分钟，持续搅拌12小时。关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液。将二维纳米石墨片溶液抽滤，并用去离子水清洗2-3遍。将样品放入干燥箱烘干，制得二维纳米石墨片。形貌如图6所示，纳米石墨片厚度得到有效控制，为27.8nm。

Claims (6)

1.一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将一定量膨胀石墨与乙醇按比例混合，超声机超声，得到膨胀石墨的乙醇溶液；
(2)将膨胀石墨的乙醇溶液倒进砂磨机的容器中，安装好磨砂轮，将磨砂轮没入溶液以下，启动砂磨机，在转速r1的情况下缓慢倒入氧化锆微珠；然后调整砂磨机转速，将转速调整为r2，持续搅拌T小时后，关闭砂磨机，将氧化锆微珠的溶液过筛，得二维纳米石墨片溶液；抽滤，离心，洗涤，烘干，得到二维纳米石墨片。
2.如权利要求1所述的一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述膨胀石墨和乙醇用量比例为1-5g：200mL，所述乙醇为无水乙醇或者是乙醇含量超过85％以上的乙醇水溶液。
3.如权利要求1所述的一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的超声机功率为250W，超声的时间为1-3小时。
4.如权利要求1所述的一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(2)中，转速r1为500-2000转/分钟，转速r2为4000-8000转/分钟，搅拌时间T为6-12h。
5.如权利要求1所述的一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的微珠为95％氧化锆微珠，粒径0.5-4mm，膨胀石墨和氧化锆微珠的用量比例为1-5g：1Kg。
6.如权利要求1所述的一种乙醇溶剂下球磨制备二维纳米石墨片的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烘干温度为80℃。
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