CN110423017A - 石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒及制备方法 - Google Patents

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王芸
王慧慧
彭小波
李瑾
石岩
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Abstract

本发明给出了一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法，包括以下步骤：将玻璃微珠放置于真空高温管式炉中；利用真空泵将反应腔内抽真空；向反应腔内通入Ar和H2，待气流平稳后向反应腔内通入CH4；打开真空高温管式炉射频电源，通过获得稳定启辉的CH4的等离子体；关闭CH4气体及射频电源，温度降至室温后关闭Ar和H2。利用PECVD生长石墨烯的过程类似于蒸镀，碳源根据气体限域的原理进入到堆积的孔道中并且在微珠表面进行多次碰撞沉积生长出石墨烯。本发明还给出了一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒，采用上述的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法制备的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒。玻璃微球表面的活性碳物种的浓度大大提升。

Description

石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒及制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒。
本发明涉及一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种碳原子按正六边型紧密排布为蜂窝状的平面原子晶体结构，其特有的平面结构使其拥有优异的机械和电性能，其室温下载流子迁移率达20×104cm2/(V.s)，热导率高达5300W/(m.K)，理论比表面积高达2630m2/g，，超大的比表面积和超高的电导率使得石墨烯在提升锂电池导电性能方面极具优势。
然而，石墨烯的获取困难，特别是随着石墨烯层数的减少，纳米尺寸性导致极易出现团聚和沉降。这些因素致使石墨烯在实际材料使用过程中很难获分散，无法获得高效的网络。目前绝大多数石墨烯的制备方法是氧化还原法，但是由于氧化过程中石墨烯的结构容易遭到破坏，且获得的石墨烯层较厚，有的甚至达到上千层，很难达到高导电、高强和高导热的石墨烯，甚至失去石墨烯优异的性能。
空心微珠是中空的，内含惰性气体的微小球形材料，它是一种性能独特而稳定的中空微粒，由于其密度小、导热性能低、介电常数小、耐化学腐蚀以及分散性好等特点而广泛应用于固体浮力材料、石油化工、乳化炸药、隔热防火材料、消声材料、化工产品添加剂、低密度烧蚀材料等军事、民用及其他高科技领域。尽管空心微珠具有极其广泛的应用，但其低导热和绝缘等特性，大大限制了其在需求超轻高导电导热材料领域的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒。
本发明所要解决的技术问题是还提供一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法；针对石墨烯使用过程中难以分散，石墨烯氧化还原法制备的石墨烯结构容易遭到破坏，且获得的石墨烯层较多，很难达到高导电、高强和高导热的石墨烯，甚至失去石墨烯优异性能；以及空心微珠低导热和绝缘等特性难以在超轻高导电导热材料领域的发展缺点，该石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法通过化学气相沉积法(CVD)利用前驱碳氢化合物气体(甲烷、乙烷等)裂解产生碳原子，并在轻质空心微珠表面生长得到石墨烯，以期获得高分散性超轻高导电导热材料应用于高导电、高导热、屏蔽超轻材料等领域。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法，包括以下步骤：
a)将轻质空心玻璃微珠放置于开启式卧式真空高温管式炉中，反应腔内温度设置为500℃；
b)利用真空泵将反应腔内真空度抽至10Pa以下，然后停止抽真空；
c)向反应腔内通入1000sccm的Ar和500sccm的H2，持续时间为10min，待气流平稳后，同时向反应腔内通入CH4开始石墨烯生长过程，CH4流量设置为50sccm，分压为500Pa；
d)打开开启式卧式真空高温管式炉射频电源，其频率为13.56Mhz，通过调解启辉功率获得稳定启辉的CH4的等离子体，石墨烯在轻质空心玻璃微珠表面进行生长，生长时间为30分钟；
e)石墨烯生长结束后，关闭CH4气体及射频电源，将Ar和H2流量分布都设置为300sccm，开始自然降温过程，温度降至室温后关闭Ar和H2，将石墨烯包覆空心玻璃微球的样品取出，完成整个制备过程。
作为本发明优选，步骤a)中轻质空心玻璃微珠使用前先将其表面清洗，清洗步骤为：用pH＝3～5之间的稀盐酸或醋酸溶液浸泡轻质空心玻璃微珠1～2小时，浸泡过程中不断搅拌，然后用去离子水清洗，直到轻质空心玻璃微珠和去离子水混合液的PH＝7～7.5之间为止，过滤出轻质空心玻璃微珠烘干。
作为本发明优选，所述卧式真空高温管式炉为直径为1英寸的CVD高温管式炉。
作为本发明优选，所述步骤a)中轻质玻璃微珠先堆放在石英舟上，再将石英舟连同轻质玻璃微珠中放入卧式真空高温管式炉的腔体内。
采用这样的方法后，利用PECVD生长石墨烯的过程类似于蒸镀，与气源接触的一面能够有很好的沉积，而没有与气源接触的一面几乎没有石墨烯的生长；但由于轻质空心玻璃微珠具有堆积效应，碳源根据气体限域的原理进入到堆积的孔道中并且在微珠表面进行多次碰撞沉积生长出石墨烯，获得了包覆度很好的石墨烯空心微球。
本发明的优点在于：1)通过采用PECVD体系，将碳源的裂解温度降低到600度左右；2)由于轻质玻璃微珠的堆积状态微珠表面石墨烯的生长从之前的质量输运限制模式转变为表面反应限制模式，大大提升了玻璃微球表面活性碳物种的浓度，从而使得石墨烯均匀包覆的轻质空心玻璃微珠。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒，采用上述的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法制备的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒。
采用这样的结构后，玻璃微球表面的活性碳物种的浓度大大提升，石墨烯均匀包覆的轻质空心玻璃微珠。
附图说明
图1是本石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒实施例的实物图。
图2是本石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒实施例的拉曼谱图。
图3是本石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒实施例的扫描电镜照片。
具体实施方式
本石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法，包括以下步骤：
a)轻质空心玻璃微珠使用前先将其表面清洗，清洗步骤为：用pH＝4间的稀盐酸或醋酸溶液浸泡轻质空心玻璃微珠2时，浸泡过程中不断搅拌，然后用去离子水清洗，直到轻质空心玻璃微珠和去离子水混合液的PH＝7之间为止，过滤出轻质空心玻璃微珠烘干；
将处理后的轻质玻璃微珠先堆放在石英舟上，再将石英舟连同轻质玻璃微珠中放入卧式真空高温管式炉的腔体内，轻质空心玻璃微珠放置于直径为1英寸的卧式真空高温管式炉中，卧式真空高温管式炉为直径为1英寸的CVD高温管式炉，反应腔内温度根据生长工艺设置为500℃；
b)利用无油涡旋真空泵将反应腔内真空度抽至10Pa以下，将反应腔内空气排走，然后停止抽真空；
c)缓慢打开Ar和H2阀门，进行洗气过程，目的是驱除反应腔内的H2O及O2组分，持续时间为10min，反应腔内通入1000sccm的Ar和500sccm的H2，待气流平稳后，同时向反应腔内通入CH4开始石墨烯生长过程，CH4流量设置为50sccm，分压为500Pa；
d)打开卧式真空高温管式炉的射频PE电源，通过调解启辉功率获得稳定启辉的CH4的等离子体，石墨烯在轻质空心玻璃微珠表面进行生长，生长时间为30分钟；
e)石墨烯生长结束后，关闭CH4气体及射频电源，将Ar和H2流量分布都设置为300sccm，开始自然降温过程，温度降至室温后关闭Ar和H2，将石墨烯包覆空心玻璃微球的样品取出，完成整个制备过程，CH4在PE的辅助下热裂解为碳活性基团，进行化学气相沉积，令其自然降温，得到石墨烯包覆的轻质空心玻璃微球。
最终得到石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒，借助PE辅助功能，在500℃的条件下利用CH4在轻质空心玻璃微球表面均匀生长了石墨烯。
上述轻质空心玻璃微球为市售产品，具体采用的是安徽凯盛基础材料科技有限公司的空心玻璃微珠密度为0.2-0.6g/cm3，粒径5-100微米。
以上所述的仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法，包括以下步骤：
a)将轻质空心玻璃微珠放置于开启式卧式真空高温管式炉中，反应腔内温度设置为500℃；
b)利用真空泵将反应腔内真空度抽至10Pa以下，然后停止抽真空；
c)向反应腔内通入1000sccm的Ar和500sccm的H2，持续时间为10min，待气流平稳后，同时向反应腔内通入CH4开始石墨烯生长过程，CH4流量设置为50sccm，分压为500Pa；
d)打开开启式卧式真空高温管式炉射频电源，其频率为13.56Mhz，通过调解启辉功率获得稳定启辉的CH4的等离子体，石墨烯在轻质空心玻璃微珠表面进行生长，生长时间为30分钟；
e)石墨烯生长结束后，关闭CH4气体及射频电源，将Ar和H2流量分布都设置为300sccm，开始自然降温过程，温度降至室温后关闭Ar和H2，将石墨烯包覆空心玻璃微球的样品取出，完成整个制备过程。
2.根据权利要求1所述的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法，其特征是：
所述步骤a)中轻质空心玻璃微珠使用前先将其表面清洗，清洗步骤为：用pH＝3～5之间的稀盐酸或醋酸溶液浸泡轻质空心玻璃微珠1～2小时，浸泡过程中不断搅拌，然后用去离子水清洗，直到轻质空心玻璃微珠和去离子水混合液的PH＝7～7.5之间为止，过滤出轻质空心玻璃微珠烘干。
3.根据权利要求1所述的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法，其特征是：
所述卧式真空高温管式炉为直径为1英寸的CVD高温管式炉。
4.根据权利要求1所述的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法，其特征是：
所述步骤a)中轻质玻璃微珠先堆放在石英舟上，再将石英舟连同轻质玻璃微珠中放入卧式真空高温管式炉的腔体内。
5.一种石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒，其特征是：采用如权利要求1至4中任一项所述的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒的制备方法制备的石墨烯完全包覆轻质空心微珠颗粒。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112662054A (zh) * 2020-12-09 2021-04-16 武汉金发科技有限公司 一种聚丙烯复合材料及其制备方法
CN113549325A (zh) * 2021-06-29 2021-10-26 宁波长阳科技股份有限公司 一种低介电聚酰亚胺薄膜、其制备方法及应用
CN114686845A (zh) * 2022-03-16 2022-07-01 华南理工大学 一种GaS薄膜及其制备方法和应用
CN115231918A (zh) * 2022-09-22 2022-10-25 北华航天工业学院 石墨烯凝胶-二氧化锆多孔隔热陶瓷及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102259849A (zh) * 2011-06-09 2011-11-30 无锡第六元素高科技发展有限公司 一种固态碳源制备石墨烯的方法
CN103183344A (zh) * 2013-04-24 2013-07-03 哈尔滨工业大学 一种低温高效制备大尺寸石墨烯的方法
US20140231254A1 (en) * 2012-02-16 2014-08-21 Chao-Hung Steve Tung Method of Fabricating a Nanochannel System for DNA Sequencing and Nanoparticle Characterization
CN106323867A (zh) * 2016-08-15 2017-01-11 清华大学 石墨烯膜球的制备方法
CN109111122A (zh) * 2017-06-23 2019-01-01 北京大学 一种石墨烯-碳纳米管复合玻璃的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102259849A (zh) * 2011-06-09 2011-11-30 无锡第六元素高科技发展有限公司 一种固态碳源制备石墨烯的方法
US20140231254A1 (en) * 2012-02-16 2014-08-21 Chao-Hung Steve Tung Method of Fabricating a Nanochannel System for DNA Sequencing and Nanoparticle Characterization
CN103183344A (zh) * 2013-04-24 2013-07-03 哈尔滨工业大学 一种低温高效制备大尺寸石墨烯的方法
CN106323867A (zh) * 2016-08-15 2017-01-11 清华大学 石墨烯膜球的制备方法
CN109111122A (zh) * 2017-06-23 2019-01-01 北京大学 一种石墨烯-碳纳米管复合玻璃的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
鳥格留莫夫: "《工业中的有机合成》", 30 September 1958, 人民教育出版社 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112662054A (zh) * 2020-12-09 2021-04-16 武汉金发科技有限公司 一种聚丙烯复合材料及其制备方法
CN113549325A (zh) * 2021-06-29 2021-10-26 宁波长阳科技股份有限公司 一种低介电聚酰亚胺薄膜、其制备方法及应用
CN114686845A (zh) * 2022-03-16 2022-07-01 华南理工大学 一种GaS薄膜及其制备方法和应用
CN114686845B (zh) * 2022-03-16 2022-12-16 华南理工大学 一种GaS薄膜及其制备方法和应用
CN115231918A (zh) * 2022-09-22 2022-10-25 北华航天工业学院 石墨烯凝胶-二氧化锆多孔隔热陶瓷及其制备方法
CN115231918B (zh) * 2022-09-22 2022-11-25 北华航天工业学院 石墨烯凝胶-二氧化锆多孔隔热陶瓷及其制备方法

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