CN111170315A - 一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法 - Google Patents
一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111170315A CN111170315A CN201911299602.0A CN201911299602A CN111170315A CN 111170315 A CN111170315 A CN 111170315A CN 201911299602 A CN201911299602 A CN 201911299602A CN 111170315 A CN111170315 A CN 111170315A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- irradiation
- graphene paper
- container
- aluminum alloy
- total
- 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.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 13
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 6
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 3
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/194—After-treatment
Abstract
本发明属于高石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸放入密闭的铝合金容器中，所述铝合金容器内的压强为9‑11Pa，把铝合金容器放入电子加速器辐照区域，电子束能量为4‑6MeV，辐照剂量率为4×1013e/cm2s‑6×1013e/cm2s，辐照总共持续15‑25分钟，总剂量为50×1015e/cm2‑70×1015e/cm2。本方法可以有效得使石墨烯纸内的石墨烯片以C‑C共价键连接起来，进而提高石墨烯纸的力学性质。同时可以有效的去除残余的官能团，进而提高石墨烯纸的电学性质；且该方法具有高效，易控，环保的技术优势。
Description
技术领域
本发明属于高石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法。
背景技术
自2008年G.Wallace和D.Li合成石墨烯纸以来(Advanced Materials,2008,20,3557-3561)，由于其不仅重量轻，强度好，硬度高，具有比钢更好的柔韧性，并且具有良好的导电性，同时还是一种环保材料，因此引起了人们的极大关注。但由于石墨烯纸本质上是由二维的特征尺寸为1～2微米的石墨烯片堆垛而成的，石墨烯片之间的作用力是较弱的范德华力，所以石墨烯纸的破坏是以层间破坏为主。过低的层间作用力使得应力很难在石墨烯层间实现传递，极大的限制了石墨烯超强力学性质的发挥，因此如何提高层间结合能力，是进一步提高石墨烯纸力学性质从而扩大其应用范围的关键。同时，由于石墨烯纸是由化学还原氧化石墨烯溶液的方法制备出来的，所以其内部不可避免的会参与大量官能团，这些官能团增大了石墨烯层间距，在一定程度上破坏了石墨烯纸的导电性。
目前，提高石墨烯纸层间作用的方法暂时只有热处理方法，通过把石墨烯纸在200℃～400℃进行热处理，降低层间距，从而使得结构更加致密。这种方法本质上来说层间还是范德华作用力，并没有改变层间相互作用形式，因此热处理后提高的幅度也是有限的。而目前尚没有去除石墨烯纸中残留官能团的有效方法。
辐照改性是材料领域常用的一种加工技术。经过对现有技术检索发现，电子束辐照可以有效的在石墨材料层间引入sp3碳原子，以C-C共价键的形式将其连接起来。DEspinosa通过电子束辐照多壁碳纳米管，将多壁碳纳米管内外层用sp3碳原子连接起来，有效的提高了多壁碳纳米管的力传递效率，避免了“剑鞘”破坏模式的出现(NatureNanotechnology,2008,3,626-631)。B.Wang对碳纳米管薄膜(buckypaper)进行电子束辐照处理，将分散的碳纳米管网络利用sp3碳原子连接起来，明显提高了其宏观力学性质。
发明内容
针对以上不足，本发明的主要目的是提供一种电子束辐照的方法，可以提高石墨烯纸内部层间的相互作用，并有效的去除石墨烯纸中残留的官能团。在辐照中，石墨烯纸中石墨烯片的碳原子被电子束轰击后离开石墨烯片，迁移到石墨烯层间，以C-C共价键的形式连接相邻的石墨烯层。同时，石墨烯纸中的残留官能团与电子束作用后以气体分子的形式离开石墨烯纸体内。该方法有效的提高了石墨烯纸的力学性质和导电性，而且具有环保易控等技术优势。
本发明的技术方案如下：
一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸放入密闭的铝合金容器中，所述铝合金容器内的压强为9-11Pa，把铝合金容器放入电子加速器辐照区域，电子束能量为4-6MeV，辐照剂量率为4×1013e/cm2s-6×1013e/cm2s，辐照总共持续15-25分钟，总剂量为50×1015e/cm2-70×1015e/cm2。
所述铝合金容器内的压强为10Pa。
电子加速器辐照区域的电子束能量为5MeV，辐照剂量率为5×1013e/cm2s，辐照总共持续20分钟，辐照总剂量为60×1015e/cm2。
辐照过程中利用水冷台使温度控制在5℃。
一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸，先将石墨烯纸在250℃下热处理3小时，热处理过程中用氮气作为保护气体，热处理过后将石墨烯纸放入顶端开口并带有进气孔的不锈钢容器中。
把不锈钢容器放入直线电子加速器辐照区域，电子束能量为9-11MeV，辐照剂量率为3×1013e/cm2s-4×1013e/cm2s，辐照前将铝合金容器内持续通入氩气4-6分钟，将容器内的空气排出，辐照总共持续9-10分钟，总剂量为15×1015e/cm2-25×1015e/cm2，辐照过程中持续通入氩气带走辐照中生成的热量，使温度保持在室温。
直线电子加速器辐照区域的电子束能量为10MeV，辐照剂量率为3.5×1013e/cm2s，辐照前将铝合金容器内持续通入氩气5分钟，将容器内的空气排出。辐照总共持续9.5分钟，总剂量为20×1015e/cm2
把不锈钢容器放入直线电子加速器中，电子束能量为9-11MeV，辐照剂量率为3×1013e/cm2s-4×1013e/cm2s，辐照前将铝合金容器内持续通入氩气，将容器内的空气排出，辐照总共持续75-85分钟，总剂量为160×1015e/cm2-180×1015e/cm2，辐照过程中持续通入氩气带走辐照中生成的热量，使温度保持在室温。
直线电子加速器的电子束能量为10MeV，辐照剂量率为3.5×1013e/cm2s。辐照前将铝合金容器内持续通入氩气，将容器内的空气排出，辐照总共持续81分钟，总剂量为170×1015e/cm2。
本发明的有益效果在于：
本方法可以有效得使石墨烯纸内的石墨烯片以C-C共价键连接起来，进而提高石墨烯纸的力学性质。同时可以有效的去除残余的官能团，进而提高石墨烯纸的电学性质；且该方法具有高效，易控，环保的技术优势。
附图说明
图1为本发明所处理过的石墨烯纸辐照前后的硬度和沿纸面方向弹性模量变化。
图2为本发明所处理过的石墨烯纸辐照前后的沿垂直纸面方向的电压-电流曲线。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸放入密闭的铝合金容器中，所述铝合金容器内的压强为9-11Pa，把铝合金容器放入电子加速器辐照区域，电子束能量为4-6MeV，辐照剂量率为4×1013e/cm2s-6×1013e/cm2s，辐照总共持续15-25分钟，总剂量为50×1015e/cm2-70×1015e/cm2。
一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸，先将石墨烯纸在250℃下热处理3小时，热处理过程中用氮气作为保护气体，热处理过后将石墨烯纸放入顶端开口并带有进气孔的不锈钢容器中。
把不锈钢容器放入直线电子加速器辐照区域，电子束能量为9-11MeV，辐照剂量率为3×1013e/cm2s-4×1013e/cm2s，辐照前将铝合金容器内持续通入氩气4-6分钟，将容器内的空气排出，辐照总共持续9-10分钟，总剂量为15×1015e/cm2-25×1015e/cm2，辐照过程中持续通入氩气带走辐照中生成的热量，使温度保持在室温。
把不锈钢容器放入直线电子加速器中，电子束能量为9-11MeV，辐照剂量率为3×1013e/cm2s-4×1013e/cm2s，辐照前将铝合金容器内持续通入氩气，将容器内的空气排出，辐照总共持续75-85分钟，总剂量为160×1015e/cm2-180×1015e/cm2，辐照过程中持续通入氩气带走辐照中生成的热量，使温度保持在室温。
实施例1：
将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸放入密闭的铝合金容器中。容器内的压强为10Pa。把容器放入电子加速器辐照区域，电子束能量为5MeV，辐照剂量率为5×1013e/cm2s，辐照总共持续20分钟，总剂量为60×1015e/cm2。辐照过程中利用水冷台使温度控制在5℃。
实施例2：
将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸在250℃下热处理3小时，热处理过程中用氮气作为保护气体。热处理过后将石墨烯纸放入顶端开口并带有进气孔的不锈钢容器中。把不锈钢容器放入直线电子加速器辐照区域，电子束能量为10MeV，辐照剂量率为3.5×1013e/cm2s。辐照前将铝合金容器内持续通入氩气5分钟，将容器内的空气排出。辐照总共持续9.5分钟，总剂量为20×1015e/cm2。辐照过程中持续通入氩气带走辐照中生成的热量，使温度保持在室温。
实施例:3：
将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸在250℃下热处理3小时，热处理过程中用氮气作为保护气体。热处理过后将石墨烯纸放入顶端开口并带有进气孔的不锈钢容器中。把不锈钢容器放入直线电子加速器中，电子束能量为10MeV，辐照剂量率为3.5×1013e/cm2s。辐照前将铝合金容器内持续通入氩气，将容器内的空气排出。辐照总共持续81分钟，总剂量为170×1015e/cm2。辐照过程中持续通入氩气带走辐照中生成的热量，使温度保持在室温。
Claims (9)
1.一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸放入密闭的铝合金容器中，其特征在于：
所述铝合金容器内的压强为9-11Pa，把铝合金容器放入电子加速器辐照区域，电子束能量为4-6MeV，辐照剂量率为4×1013e/cm2s-6×1013e/cm2s，辐照总共持续15-25分钟，总剂量为50×1015e/cm2-70×1015e/cm2。
2.如权利要求1所述的一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，其特征在于：所述铝合金容器内的压强为10Pa。
3.如权利要求1所述的一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，其特征在于：电子加速器辐照区域的电子束能量为5MeV，辐照剂量率为5×1013e/cm2s，辐照总共持续20分钟，辐照总剂量为60×1015e/cm2。
4.如权利要求1所述的一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，其特征在于：辐照过程中利用水冷台使温度控制在5℃。
5.一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，其特征在于：将利用过滤法制备好的干燥的石墨烯纸，先将石墨烯纸在250℃下热处理3小时，热处理过程中用氮气作为保护气体，热处理过后将石墨烯纸放入顶端开口并带有进气孔的不锈钢容器中。
6.如权利要求5所述的一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，其特征在于：把不锈钢容器放入直线电子加速器辐照区域，电子束能量为9-11MeV，辐照剂量率为3×1013e/cm2s-4×1013e/cm2s，辐照前将铝合金容器内持续通入氩气4-6分钟，将容器内的空气排出，辐照总共持续9-10分钟，总剂量为15×1015e/cm2-25×1015e/cm2，辐照过程中持续通入氩气带走辐照中生成的热量，使温度保持在室温。
7.如权利要求6所述的一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，其特征在于：直线电子加速器辐照区域的电子束能量为10MeV，辐照剂量率为3.5×1013e/cm2s，辐照前将铝合金容器内持续通入氩气5分钟，将容器内的空气排出。辐照总共持续9.5分钟，总剂量为20×1015e/cm2。
8.如权利要求5所述的一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，其特征在于：把不锈钢容器放入直线电子加速器中，电子束能量为9-11MeV，辐照剂量率为3×1013e/cm2s-4×1013e/cm2s，辐照前将铝合金容器内持续通入氩气，将容器内的空气排出，辐照总共持续75-85分钟，总剂量为160×1015e/cm2-180×1015e/cm2，辐照过程中持续通入氩气带走辐照中生成的热量，使温度保持在室温。
9.如权利要求8所述的一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法，其特征在于：直线电子加速器的电子束能量为10MeV，辐照剂量率为3.5×1013e/cm2s。辐照前将铝合金容器内持续通入氩气，将容器内的空气排出，辐照总共持续81分钟，总剂量为170×1015e/cm2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911299602.0A CN111170315A (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911299602.0A CN111170315A (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111170315A true CN111170315A (zh) | 2020-05-19 |
Family
ID=70647556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911299602.0A Pending CN111170315A (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111170315A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114922003A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-08-19 | 安徽文峰新材料科技股份有限公司 | 一种防水耐污相纸的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106276870A (zh) * | 2016-07-27 | 2017-01-04 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 石墨烯‑碳纳米管纯碳复合薄膜的制备方法 |
| US20190270643A1 (en) * | 2016-09-15 | 2019-09-05 | Centre National De La Recherche Scientifique | Method for nitrogen doping of solid materials |
| US20190352186A1 (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | Nanotek Instruments, Inc. | Process for producing integral graphene films from functionalized graphene sheets |
-
2019
- 2019-12-17 CN CN201911299602.0A patent/CN111170315A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106276870A (zh) * | 2016-07-27 | 2017-01-04 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 石墨烯‑碳纳米管纯碳复合薄膜的制备方法 |
| US20190270643A1 (en) * | 2016-09-15 | 2019-09-05 | Centre National De La Recherche Scientifique | Method for nitrogen doping of solid materials |
| US20190352186A1 (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | Nanotek Instruments, Inc. | Process for producing integral graphene films from functionalized graphene sheets |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ENZE JIN ET AL.: "Electron-irradiation-induced reinforcement of reduced graphene oxide papers", 《ACTA MATERIALIA (2013) 6466–6473》 * |
| O.O.VOITSIHOVSKA ET AL.: "The effect of electron irradiation on t...erties of reduced graphene oxide paper", 《MATERIALS LETTERS》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114922003A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-08-19 | 安徽文峰新材料科技股份有限公司 | 一种防水耐污相纸的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Surface modifications of boron nitride nanosheets for poly (vinylidene fluoride) based film capacitors: advantages of edge-hydroxylation | |
| Cheng et al. | Ultratough artificial nacre based on conjugated cross‐linked graphene oxide | |
| Zhu et al. | A facile assembly of 3D robust double network graphene/polyacrylamide architectures via γ-ray irradiation | |
| CN111170315A (zh) | 一种提高石墨烯纸力学性质和导电性的方法 | |
| JP5917370B2 (ja) | 複合材料 | |
| CN105802589A (zh) | 一种高强度导热膜及其制备方法 | |
| CN111410759B (zh) | 高温力学性能优异的cf/peek复合材料及其制备方法 | |
| KR101953798B1 (ko) | 탄소나노튜브 유흡착제 및 그 제조방법 | |
| CN111572115B (zh) | 具有高疲劳强度的cf/peek复合材料及其制备方法 | |
| Park et al. | Surface treatment and sizing of carbon fibers | |
| JP5775366B2 (ja) | 炭素質材料−ポリマー複合材料の製造方法 | |
| Wang et al. | Layer-by-layer self-assembly of reduced graphene oxide on bamboo timber surface with improved decay resistance | |
| KR20210052648A (ko) | 탄소섬유-그래핀 복합체 제조장치 및 이의 제조방법 | |
| Yusoff | Graphene optoelectronics: synthesis, characterization, properties, and applications | |
| CN108252114B (zh) | 一种碳化硅纤维布增强聚酰亚胺树脂基结构吸波材料及其制备方法 | |
| JP6563226B2 (ja) | 薄片状カーボンの製造方法 | |
| CN104910406A (zh) | 一种通过表面交联提高聚合物薄膜水汽阻隔性能的方法 | |
| CN107186220A (zh) | 一种单质镍/石墨烯纳米复合材料及其制备方法 | |
| Suemori et al. | High thermoelectric performance of post mechanical treated carbon nanotube films with polystyrene binder | |
| CN110802698A (zh) | 一种木基-石墨烯绿色导电复合材料及其制备方法 | |
| Hordy | Direct growth of carbon nanotubes from stainless steel grids and plasma functionalization for poly (vinyl alcohol) composite production | |
| KR101507516B1 (ko) | 탄소나노튜브 센서의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소나노튜브 센서 | |
| Park et al. | Surface treatment and sizing of carbon fibers | |
| CN111533931B (zh) | 具有全横晶结构的cf/peek复合材料及其制备方法 | |
| CN111423695A (zh) | 具有高层间剪切强度和弯曲强度的cf/peek及其制备方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200519 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |