CN109704315A - 一种石墨烯的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109704315A
CN109704315A CN201910169611.1A CN201910169611A CN109704315A CN 109704315 A CN109704315 A CN 109704315A CN 201910169611 A CN201910169611 A CN 201910169611A CN 109704315 A CN109704315 A CN 109704315A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite
preparation
graphene
gas
detonation
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.)
Withdrawn
Application number
CN201910169611.1A
Other languages
English (en)
Inventor
苗中正
田华雨
田利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yancheng Teachers University
Original Assignee
Yancheng Teachers University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yancheng Teachers University filed Critical Yancheng Teachers University
Priority to CN201910169611.1A priority Critical patent/CN109704315A/zh
Publication of CN109704315A publication Critical patent/CN109704315A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Abstract

本发明提供一种石墨烯的制备方法。硝酸石墨插层化合物与硝基甲烷混合配置成液体炸药，置于爆轰反应釜中，注入足量CO2做保护介质，点火引爆药柱，爆炸物分解产生大量气体，可有效剥离石墨片层，CO2吸收热量迅速转化为超临界状态，可以持续剥离石墨片层。本发明方法中CO2可利用爆炸带来的热量迅速进入超临界流体状态，持续将爆炸产生的热量传输给未分解完全的硝酸分子，并同时利用超临界流体自身特点继续剥离石墨片层，避免了爆炸冲击力作用时间短导致片层剥离不充分的缺点。

Description

一种石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯制备领域，尤其涉及一种液体炸药爆轰制备石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯是一种完全由碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有最薄、最牢固、高硬度、高导热系数、高电子迁移率、几乎完全透明等特性，可用来发展更薄且导电速度更快的新一代电子元件、透明触控屏幕、气体传感器、复合材料、场发射材料等，广泛应用于电子、化工、传感器、储氢材料、太阳能电池、半导体材料、纳米器件等领域。
爆轰法利用炸药在爆炸瞬间释放出大量能量，对周围物体产生强烈地破坏作用，反应速度快，能量密度高，做功强度大，在众多纳米材料的制备方法中独树一帜。近几十年来，许多研究工作者利用爆轰法制备出了金刚石、石墨、富勒烯碳、碳纳米管、碳包覆金属纳米材料、氮化硼等，研究了前驱体、催化剂、惰性介质、爆炸当量等对生成产物的种类、含量、尺寸、结构、形貌、物化性能的影响，对合成与制备机理做了广泛的分析。爆轰制备技术具有工艺简单、效率高等特点，在石墨烯制备领域具有广阔的研究及应用前景。但是，利用爆轰法高效制备少层石墨烯的报道非常少见。
孙贵磊在专利号为CN200710010117的《爆轰制备片状纳米石墨粉的方法》的发明专利中采用在酸性环境下直接引爆、分解GICs，对石墨层的膨胀剥离作用远大于采用一般膨胀石墨粉的爆轰裂解方法，更容易合成纳米厚度的片状石墨。孙贵磊又在《爆炸与冲击》期刊上发表了《利用液体炸药爆轰制备石墨烯薄片》的文章，进一步阐述了以发烟硝酸与硝基甲烷为液体炸药组分，可以制备出具有完整的片状结构石墨烯薄片，薄片平均厚度约为14.73nm。但是，单层石墨烯结构的厚度为0.335nm，这种方法虽然有效降低了石墨的厚度，但是平均起来仍有44层厚，无法大量得到单层或少层石墨烯。化学爆炸反应一般在10-5-10-6s间完成，对周围物体产生强烈地破坏作用，石墨外围液体环境会被冲击力瞬间破坏，来不及分解的硝酸也会脱插，导致无法逐层分解石墨烯。
超临界流体具有类似气体的扩散性质，其界面张力为零，“无孔不入”，容易实现石墨插层，常用的超临界CO2，具有临界条件温和、无毒、惰性、价廉以及与产物易于分离等优点，在纳米复合材料制备方面的应用非常广泛，将其应用于直接剥离法制备石墨烯，避免了使用大量有机溶剂，且经过简单的泄压操作即可实现产物分离，后续操作较液相剥离法大大简化。但是，仅仅依靠超临界CO2的作用不足以将石墨直接剥离为单层/双层石墨烯。
发明内容
针对目前存在的技术缺陷，提出了一种石墨烯的制备方法，通过在密闭的爆轰体系中添加CO2气体，依靠爆轰法产生的大量热量以及部分CO2气体，使CO2气体瞬间进入超临界状态，承接爆轰法对片层的剥离作用。首先，将石墨与发烟硝酸混合制备石墨插层化合物，加入硝基甲烷，配置成液体炸药；然后，将混合液体装入特定的塑料容器中，并将其置于爆轰反应釜的中心位置；其次，注入足量CO2做保护介质，使爆炸反应釜中CO2压力接近或超过7.38MPa；最后，点火引爆药柱，剥离石墨片层，另外，CO2吸收热量迅速转化为超临界状态，可以持续剥离石墨片层。
本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤；
(1)将石墨放入发烟硝酸中，搅拌，制备石墨插层化合物，冷却之后，冰浴条件下加入硝基甲烷，配置成液体炸药；
(2)将混合液体装入特定的塑料容器中，并将其置于爆轰反应釜的中心位置，并与电雷管、传爆药柱组装成爆轰序列；
(3)向爆炸容器内抽充入CO2气体做保护介质；
(4)点火引爆，爆炸完毕后容器内的CO2气体立即进入超临界CO2流体状态，冷却，收集产物，获得石墨烯。
步骤(1)中的石墨、发烟硝酸与硝基甲烷物质的量之比为3∶3∶4，也可做适当调整，搅拌时间为1-24h。
步骤(3)中的充入CO2气体做保护介质，CO2应足量注入，使爆炸反应釜中CO2压力接近或大于7.38MPa。
步骤(4)中的爆炸时间极短，CO2气体吸收热量进入超临界流体状态持续剥离石墨片层。
本发明具有如下优势：
(1)CO2作为冷却和保护介质，吸热大，冷却速度快，爆炸发生后迅速进入超临界流体状态，持续将爆炸产生的热量传输给未分解完全的硝基甲烷和硝酸分子，并同时利用超临界流体自身特点继续剥离石墨片层，避免了爆炸冲击力作用时间短导致片层剥离不充分的缺点，利用其“无处不在”的类气体特性和硝酸插层带来的空隙，有效剥离石墨片层。
(2)CO2可利用爆炸带来的热量进入超临界状态，无需加热过程，另外，炸药爆炸可产生CO2气体，可减少CO2的注入量。
(3)对石墨的剥离效果优于单独使用爆轰法或者超临界方法，可得到大量单层或少层石墨烯。
(4)适于工业生产，易控制，步骤简单，产率高。
附图说明
图1为本发明方法超临界状态下爆轰剥离石墨片层制备石墨烯过程的示意图。
图2为本发明方法制备石墨烯的透射电镜图。
图3为本发明方法制备石墨烯的高分辨透射电镜图。
图4为本发明方法制备石墨烯的电子衍射图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
(1)将石墨放入等摩尔量的发烟硝酸中，搅拌2h，制备石墨插层化合物。
(2)冰浴条件下加入硝基甲烷，配置成液体炸药，石墨、发烟硝酸与硝基甲烷物质的量之比为3∶3∶4。
(3)将混合液体装入塑料容器中，并将其置于爆轰反应釜的中心位置，并与电雷管、传爆药柱组装成爆轰序列。
(4)充入CO2做保护气体，直至爆炸容器内压力为7.4MPa。
(5)点火引爆药柱，爆炸完毕后等待反应装置自然冷却。
(6)收集容器内壁及底部的产物，将产物重复离心水洗，获得石墨烯粉体材料。
实施例2
(1)将石墨放入等摩尔量的发烟硝酸中，搅拌6h，制备石墨插层化合物。
(2)冰浴条件下加入硝基甲烷，配置成液体炸药，石墨、发烟硝酸与硝基甲烷物质的量之比为3∶3∶5。
(3)将混合液体装入塑料容器中，并将其置于爆轰反应釜的中心位置，并与电雷管、传爆药柱组装成爆轰序列。
(4)充入CO2做保护气体，直至爆炸容器内压力为7.4MPa。
(5)点火引爆药柱，爆炸完毕后等待反应装置自然冷却。
(6)收集容器内壁及底部的产物，将产物重复离心水洗，获得石墨烯粉体材料。
实施例3
(1)将石墨放入等摩尔量的发烟硝酸中，搅拌2h，制备石墨插层化合物。
(2)冰浴条件下加入硝基甲烷，配置成液体炸药，石墨、发烟硝酸与硝基甲烷物质的量之比为3∶3∶4。
(3)将混合液体装入塑料容器中，并将其置于爆轰反应釜的中心位置，并与电雷管、传爆药柱组装成爆轰序列。
(4)充入CO2做保护气体，直至爆炸容器内压力为7MPa。
(5)点火引爆药柱，爆炸完毕后等待反应装置自然冷却。
(6)收集容器内壁及底部的产物，将产物重复离心水洗，获得石墨烯粉体材料。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (4)

1.一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨放入发烟硝酸中，搅拌，制备石墨插层化合物，冷却之后，冰浴条件下加入硝基甲烷，配置成液体炸药；
(2)将混合液体装入特定的塑料容器中，并将其置于爆轰反应釜的中心位置，并与电雷管、传爆药柱组装成爆轰序列；
(3)向爆炸容器内抽充入CO2气体做保护介质；
(4)点火引爆，爆炸完毕后容器内的CO2气体立即进入超临界CO2流体状态，冷却，收集产物，获得石墨烯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的石墨、发烟硝酸与硝基甲烷物质的量之比为3∶3∶4，也可做适当调整，搅拌时间为1-24h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的充入CO2气体做保护介质，CO2应足量注入，使爆炸反应釜中CO2压力接近或大于7.38MPa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的爆炸时间极短，CO2气体吸收热量进入超临界流体状态持续剥离石墨片层。
CN201910169611.1A 2019-02-27 2019-02-27 一种石墨烯的制备方法 Withdrawn CN109704315A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910169611.1A CN109704315A (zh) 2019-02-27 2019-02-27 一种石墨烯的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910169611.1A CN109704315A (zh) 2019-02-27 2019-02-27 一种石墨烯的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109704315A true CN109704315A (zh) 2019-05-03

Family

ID=66266501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910169611.1A Withdrawn CN109704315A (zh) 2019-02-27 2019-02-27 一种石墨烯的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109704315A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112661143A (zh) * 2020-12-24 2021-04-16 广东工业大学 一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法和装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112661143A (zh) * 2020-12-24 2021-04-16 广东工业大学 一种高质高效、绿色节能的石墨烯生产方法和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dolgoborodov et al. Detonation in an aluminum-teflon mixture
Zhang et al. Reaction mechanism of aluminum-particle-air detonation
US20140227548A1 (en) Nanoparticles, Compositions, Manufacture and Applications
Yetter Progress towards nanoengineered energetic materials
Wang et al. An effective way to enhance energy output and combustion characteristics of Al/PTFE
Ma et al. Energetic composites based on nano-Al and energetic coordination polymers (ECPs): The “father-son” effect of ECPs
CN102815694A (zh) 一种石墨烯的制备方法和使用该方法制备的石墨烯
Rossi Al-based energetic nano materials: design, manufacturing, properties and applications
US20230001369A1 (en) Double-tube connection structure for detonation synthesis, detonation synthesis device and application thereof
Li et al. Characterization of thermal reaction of aluminum/copper (II) oxide/poly (tetrafluoroethene) nanocomposite by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, mass spectrometry and X-ray diffraction
CN109704315A (zh) 一种石墨烯的制备方法
Wang et al. Tuning the reactivity and combustion characteristics of PTFE/Al through carbon nanotubes and grapheme
US8323609B2 (en) Carbon nanostructure synthesis from carbon-excess explosives in supercritical fluid
Anisichkin On the mechanism of the detonation of organic high explosives
CN109704316A (zh) 一种水为保护介质的爆轰法制备石墨烯
Molodets et al. Structural transformations of amorphous carbon (glassy carbon) at high shock pressures
CN101337668B (zh) 制备内嵌富勒烯的方法
Agarwal et al. Engineered Surface Chemistry and Enhanced Energetic Performance of Aluminum Nanoparticles by Nonthermal Hydrogen Plasma Treatment
CN109704318A (zh) 一种爆炸物插层石墨制备石墨烯的方法
Sterletskii et al. Structure of mechanically activated high-energy Al+ polytetrafluoroethylene nanocomposites
CN106006621A (zh) 一种多层石墨烯的制备方法
CN104261388B (zh) 一种冲击波处理碳酸盐制备氮掺杂石墨烯的方法
CN109704317A (zh) 一种co2为保护介质的爆轰法制备石墨烯
Liepins et al. Shock-induced synthesis. I. Cubic boron nitride from ammonia borane
Guseinov et al. Methods of the Synthesis of Aluminum Borides from Elemental Substances for Use as High-Energy Materials: A Review

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
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20190503