CN113479866A - 高效研磨体剥离制备石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新材料制备领域，公开了一种高效研磨体剥离制备石墨烯的方法，包括将高效研磨体、水和石墨投入球磨机混合，20～35 rpm，研磨剥离充分，得到石墨烯粉。本发明的一些实例，通过使用高效研磨体以特定范围的频率进行研磨，可以高效地将石墨剥离为石墨烯；通过控制研磨时间，可以得到不同层数的石墨烯材料；通过调整研磨的频率可以进一步获得不同层数的石墨烯。
Description
技术领域
本发明涉及新材料的制备工艺，特别涉及一种剥离制备石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯一种极具潜力的碳材料，是少于10层石墨材料的统称，因其具有优良的电学、热学和机械性能，日益受到人们的关注。
随着石墨烯研究的进展，人们已经开发出了多种石墨烯的制备工艺。目前主要的方法有剥离法、化学气相沉积法、还原氧化石墨法、外延生长法、溶液合成法、刨开纳米管法等。不同的方法具有不同的优势。众多的方法中，剥离法成本低廉，环境友好，对于制备某些用途的石墨烯是非常适用的方法。现有的剥离法主要有高定向热解石墨法、热膨胀法、电化学法、溶剂剥离法等。未有通过研磨剥离制备石墨烯的报导。
丁氏高效研磨体是发明人在先开发的一种研磨体(专利号ZL00111318.6)，该研磨体为上下对称的四棱台，各平面间通过弧面过渡连接，其长度方向两端的棱夹角为55°，宽度方向两端的棱夹角为65°，其长、宽、高符合如下的对应关系：宽等于长乘以0.828，高等于宽乘以0.388。丁氏高效研磨体具有较高的研磨效率。CN108043528B使用特定的丁氏高效研磨体级配，制备得到了颗粒分布更窄的亚微米级颗粒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用高效研磨体剥离制备石墨烯的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种高效研磨体剥离制备石墨烯的方法，包括如下步骤：
将高效研磨体、水和石墨投入球磨机混合，所述高效研磨体为上下对称的四棱台，各平面间通过弧面过渡连接，其长度方向两端的棱夹角为55°，宽度方向两端的棱夹角为65°，其长、宽、高符合如下的对应关系：宽等于长乘以0.828，高等于宽乘以0.388；
启动球磨机，设置转速不高于35 rpm，研磨剥离充分，得到石墨烯粉。
在一些实例中，转速为20～35 rpm。
在一些实例中，所述石墨的厚度为5～20μm。
在一些实例中，所述高效研磨体的级配为：长度为10mm的研磨体 45%，长度为15mm的研磨体 25%，长度为20mm的研磨体 15%，长度为25mm的研磨体 10%，长度为30mm的研磨体5%。
在一些实例中，所述高效研磨体和石墨的质量混合比为50：(5～10)。
在一些实例中，所述石墨和水的质量混合比为(5～10)：(8～12)。
在一些实例中，所述石墨和水的质量混合比为5：8。
在一些实例中，所述研磨体的材质为钢质、高铝质或氧化锆质。
在一些实例中，研磨剥离过程中，还添加有适量的石墨烯分散剂。
在一些实例中，述石墨烯分散剂选自澳达粉体分散剂AD8085、科莱恩PCE。
在一些实例中，所述研磨的时间不少于10 h。
本发明的有益效果是：
本发明的一些实例，通过使用丁氏高效研磨体以特定范围的频率进行研磨，可以高效地将石墨剥离为石墨烯。
本发明的一些实例，通过控制研磨时间，可以得到不同层数的石墨烯材料。
本发明的一些实例，通过调整研磨的频率(球磨机的转速)，可以进一步获得不同层数的石墨烯。
附图说明
图1是实施例1研磨前的石墨电镜照片；
图2是实施例1研磨后得到的石墨烯电镜照片；
图3是实施例1研磨后得到的石墨烯的拉曼图；
图4是实施例2研磨后得到的石墨烯的拉曼图；
图5是实施例3研磨后得到的石墨烯的拉曼图；
图6是实施例4研磨后得到的石墨烯的拉曼图；
图7是实施例1研磨后得到的石墨烯的原子力显微镜照片；
图8是实施例2研磨后得到的石墨烯的原子力显微镜照片；
图9是实施例3研磨后得到的石墨烯的原子力显微镜照片；
图10是实施例4研磨后得到的石墨烯的原子力显微镜照片。
具体实施方式
一种高效研磨体剥离制备石墨烯的方法，包括如下步骤：
将高效研磨体、水和石墨投入球磨机混合，所述的高效研磨体为上下对称的四棱台，各平面间通过弧面过渡连接，其长度方向两端的棱夹角为55°，宽度方向两端的棱夹角为65°，其长、宽、高符合如下的对应关系：宽等于长乘以0.828，高等于宽乘以0.388；
启动球磨机，设置转速不高于35 rpm，研磨剥离充分，得到石墨烯粉。
在一些实例中，转速为20～35 rpm。
在一些实例中，所述石墨的厚度为5～20μm。
在一些实例中，所述研磨体的级配为：长度为10mm的研磨体 45%，长度为15mm 的研磨体 25%，长度为20mm的研磨体 15%，长度为25mm的研磨体 10%，长度为30mm的研磨体5%。
在一些实例中，所述研磨体和石墨的质量混合比为50：(5～10)。具体的混合比可以根据研磨的效果进行相应的调整。
在一些实例中，所述石墨和水的质量混合比为(5～10)：(8～12)。具体的混合比可以根据剥离的效果进行相应的调整。
在一些实例中，所述石墨和水的质量混合比为5：8。
高效研磨体的材质没有特别的要求，可以是常规的材料做成，优选那些不易磨损的材料制成。在一些实例中，所述研磨体的材质为钢质、高铝质或氧化锆质。
为了更好地分散麻烦得到的石墨烯，在一些实例中，研磨剥离过程中，还添加有适量的石墨烯分散剂。
在一些实例中，述石墨烯分散剂选自澳达粉体分散剂AD8085、科莱恩PCE等常见的粉体分散剂。
在一些实例中，所述研磨的时间不少于10 h。具体的剥离时间可以根据研磨结果进行相应的调整。
下面结合实施例，进一步说明本发明的技术方案。
方便比较起见，以下实施例中使用的高效研磨体级配为长度为10mm的研磨体45%，长度为15mm 的研磨体 25%，长度为20mm的研磨体 15%，长度为25mm的研磨体 10%，长度为30mm的研磨体 5%。研磨体为上下对称的四棱台，各平面间通过弧面过渡连接，其长度方向两端的棱夹角为55°，宽度方向两端的棱夹角为65°，其长、宽、高符合如下的对应关系：宽等于长乘以0.828，高等于宽乘以0.388。
实施例1：
将48 kg 高效研磨体，5kg 石墨(8 μm)，8 kg水，适量澳达粉体分散剂AD8085，于球磨机中混合，控制球磨机的转速为 35 rpm，研磨时间18 h。
实施例2：
将50 kg 高效研磨体，6kg 石墨(8 μm)，9 kg水，适量科莱恩PCE、于球磨机中混合，控制球磨机的转速为 30 rpm，研磨时间22 h。
实施例3：
将50 kg 研磨体，10kg 石墨(8 μm)，12 kg水，于球磨机中混合，控制球磨机的转速为 25 rpm，研磨时间28 h。
实施例4：
将50 kg 研磨体，8kg 石墨(8 μm)，10 kg水，于球磨机中混合，控制球磨机的转速为 20 rpm，研磨时间35 h。
对比例5：
将48 kg 研磨体，5kg 石墨(8 μm)，水，8 kg于球磨机中混合，控制球磨机的转速为 10 rpm，研磨时间60 h。
对比例1：
将48 kg 研磨体，5kg 石墨(8 μm)，水，8 kg于球磨机中混合，控制球磨机的转速为 50 rpm，研磨时间18h。
实验结果：
图1是实施例1研磨前的石墨电镜照片，图2是研磨后得到的石墨烯电镜照片。从图中可以看出，研磨处理后得到了石墨烯。
图3～图6分别是实施例1～4研磨后得到的石墨烯的拉曼图，显示出清晰的石墨烯特征峰。
图7～10分别是实施例1～4研磨剥离后得到的石墨烯的原子力显微镜照片。从图中可以看出，石墨烯的厚度低于2 nm，且相对平整。
实施例5检测到少量石墨烯，可能与其转速过低，剥离效率过低有关。通过进一步延长研磨剥离的时间，有望得到石墨烯。
对比例1，未能检测到有石墨烯产生。
以上是对本发明所作的进一步详细说明，不可视为对本发明的具体实施的局限。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的简单推演或替换，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效研磨体剥离制备石墨烯的方法，包括如下步骤：
将高效研磨体、水和石墨投入球磨机混合，所述高效研磨体为上下对称的四棱台，各平面间通过弧面过渡连接，其长度方向两端的棱夹角为55°，宽度方向两端的棱夹角为65°，其长、宽、高符合如下的对应关系：宽等于长乘以0.828，高等于宽乘以0.388；
启动球磨机，设置转速不高于35 rpm，研磨剥离充分，得到石墨烯粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述转速为20～35 rpm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高效研磨体的级配为：长度为10mm的研磨体 45%，长度为15mm 的研磨体 25%，长度为20mm的研磨体 15%，长度为25mm的研磨体10%，长度为30mm的研磨体 5%。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于：所述高效研磨体和石墨的质量混合比为50：(5～10)。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述石墨和水的质量混合比为(5～10)：(8～12)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述石墨和水的质量混合比为5：8。
7.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于：所述高效研磨体的材质为钢质、高铝质或氧化锆质。
8.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于：研磨剥离过程中，还添加有适量的石墨烯分散剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述石墨烯分散剂选自澳达粉体分散剂AD8085、科莱恩PCE。
10.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于：所述研磨剥离的时间不少于10h。
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