專利名稱：一種石墨烯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石墨烯領(lǐng)域,特別是涉及一種石墨烯的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是2004年英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等發(fā)現(xiàn)的一種二維碳原子晶體，為單層或多層的極薄的碳材料。單層石墨烯擁有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)，并且其理論比表面積高達(dá)2630m2/g(A Peigney, Ch Laurent, etal.Carbon, 2001，39，507)，可用于效應(yīng)晶體管、電極材料、復(fù)合材料、液晶顯示材料和傳感
翌坐石墨烯的研究和應(yīng)用對它的大批量、低成本制備提出了迫切要求。目前制備石墨稀的方法主要有石墨剝裂(Novoselov K S, Geim A K, et al.Science 2004, 306,666)、超聲剝離法(Guohua Chen, Wengui ffeng, Dajun Wu, et al.Carbon.2004,42, 753)和化學(xué)氧化還原法(D A Dikin, et al.Nature 2007,448,457 ；Sasha Stankovich, Dmitriy A Dikin,Richard D Piner, et al.Carbon 2007,45,1558)等。其中，石墨剝裂法和超聲剝離法不利于大規(guī)模的制備，化學(xué)氧化還原法是目前最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的方法。通常，氧化還原法制備石墨烯的過程為:先制備氧化石墨，然后將氧化石墨配成濃度約為lg/L的溶液放到反應(yīng)斧,水合肼溶液還原24小時(shí)或更久(Sasha Stankovich,Dmitriy A Dikin, Richard D Piner, et al.Carbon 2007,45,1558)。但是該方法的實(shí)施不僅需要使用大型的反應(yīng)斧，而且反應(yīng)時(shí)間太長，石墨烯的清洗過濾困難，過濾后還容易團(tuán)聚，不利于發(fā)揮石墨烯的優(yōu)點(diǎn) ，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種石墨烯的制備方法，該方法以氧化石墨為原料，在高溫下通過還原性氣體進(jìn)行還原制得石墨烯。相比傳統(tǒng)的溶液還原法，本發(fā)明制備時(shí)間短，所需設(shè)備占地面積小，操作簡易可行，無需過濾，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明提供的一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟:(I)將金屬材質(zhì)的襯底清洗后烘干；(2)將烘干后的襯底設(shè)置在反應(yīng)室中，往反應(yīng)室通入氣流量為10 IOOOsccm的保護(hù)性氣體，并保持I 60分鐘；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至900 1100°C，通入氣流量為10 200sccm的還原性氣體，并保持5 10分鐘的通氣時(shí)間；然后以I 10g/min的速度將氧化石墨粉體加入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)10 60分鐘；(4)反應(yīng)完成后，停止加入氧化石墨粉體及停止通入還原性氣體，在保護(hù)性氣體氣氛下冷卻至室溫，在襯底表面制得石墨烯。所述石墨烯的制備方法中，步驟(I)中:
優(yōu)選地，襯底為不銹鋼箔和鎳箔中的一種或其組合；優(yōu)選地，襯底的清洗過程包括:依次用去離子水、乙醇和丙酮分別對所述襯底進(jìn)行
超聲清洗。所述石墨烯的制備方法中，步驟(2)中:優(yōu)選地，保護(hù)性氣體為氮?dú)夂蜌鍤庵械囊环N或其組合；優(yōu)選地，往反應(yīng)室內(nèi)通入保護(hù)性氣體后保持20 30分鐘。所述石墨烯的制備方法中，步驟(3)中:優(yōu)選地，還原性氣體為氫氣和肼蒸氣中的一種或其組合；優(yōu)選地，加入氧化石墨粉體的粒徑為100 400目。本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法以氧化石墨為原料，在高溫以及還原性氣氛中進(jìn)行還原制得石墨烯，相比傳統(tǒng)的溶液還原法，本發(fā)明制備時(shí)間短，所需設(shè)備占地面積小，操作簡易可行，無需過濾，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的石墨烯連續(xù)制備工藝流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一所制備的石墨烯的SEM電鏡圖。
具體實(shí)施例方式
以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為本發(fā)明的石墨烯連續(xù)制備工藝流程圖。一種石墨烯的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟:(I)將金屬材質(zhì)的襯底清洗后烘干；(2)將烘干后的襯底設(shè)置在反應(yīng)室中，往反應(yīng)室通入氣流量為10 IOOOsccm的保護(hù)性氣體，并保持I 60分鐘；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至900 1100°C，通入氣流量為10 200sccm的還原性氣體，并保持5 10分鐘的通氣時(shí)間；然后以I 10g/min的速度將氧化石墨粉體加入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)10 60分鐘；(4)反應(yīng)完成后，停止加入氧化石墨粉體及停止通入還原性氣體，在保護(hù)性氣體氣氛下冷卻至室溫，在襯底表面制得石墨烯。所述石墨烯的制備方法中，步驟(I)中:襯底為不銹鋼箔和鎳箔中的一種或其組合；襯底的清洗過程包括:依次用去離子水、乙醇和丙酮分別對所述襯底進(jìn)行超聲清洗。所述石墨烯的制備方法中，步驟(2)中:保護(hù)性氣體為氮?dú)夂蜌鍤庵械囊环N或其組合；往反應(yīng)室內(nèi)通入保護(hù)性氣體后保持20 30分鐘。所述石墨烯的制備方法中，步驟(3)中:
還原性氣體為氫氣和肼蒸氣中的一種或其組合；加入氧化石墨粉體的粒徑為100 400目。本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法以氧化石墨為原料，在高溫以及還原性氣氛中進(jìn)行還原制得石墨烯，相比傳統(tǒng)的溶液還原法，本發(fā)明制備時(shí)間短，所需設(shè)備占地面積小，操作簡易可行，無需過濾，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及工業(yè)化生產(chǎn)。實(shí)施例一一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟:(1)依次用去離子水、乙醇和丙酮分別對不銹鋼箔進(jìn)行超聲清洗，清洗后烘干；(2)將烘干后的不銹鋼箔設(shè)置在反應(yīng)室中，往反應(yīng)室通入氣流量為500SCCm的氬氣，并保持30分鐘；(3)隨后將反應(yīng)室加熱至1100°C，通入氣流量為50sccm的氫氣，并保持5分鐘的通氣時(shí)間；然后以lg/min的速度將300目粒徑的氧化石墨粉體從反應(yīng)室的入料口加入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，氧化石墨粉體在入料口經(jīng)過300目的銅網(wǎng)篩選后進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)，保持反應(yīng)20分鐘；(4)反應(yīng)完成后，停止加入氧化石墨粉體及停止通入氫氣，在氬氣氣氛下冷卻至室溫，在襯底表面制得石墨稀，將表面制得有石墨稀的襯底從反應(yīng)室中取出，從襯底上將石墨烯刮下，收集得到石墨烯。圖2為本發(fā)明實(shí)施例一所制備的石墨烯的SEM電鏡圖，從圖2中可以明顯看出已成功生長出石墨烯，厚度多為3 6層，長度約為0.5 5um。實(shí)施例二—種石墨烯的制備方法，與實(shí)施例一的區(qū)別僅在于:步驟(I)和步驟(4)中的保護(hù)性氣體為氮?dú)?，以及步驟(3)中通入的還原性氣體為肼蒸汽，氧化石墨粉體的粒徑為200目。實(shí)施例三一種石墨烯的制備方法，與實(shí)施例二的區(qū)別僅在于:步驟(3)中通入的肼蒸汽的氣流量為200SCCm、步驟(3)中加入氧化石墨粉體的速度為10g/min、隨后保持反應(yīng)的時(shí)間為30分鐘；氧化石墨粉體的粒徑為100目。實(shí)施例四一種石墨烯的制備方法，與實(shí)施例三的區(qū)別僅在于:步驟(3)中將反應(yīng)室加熱至900°C，通入肼蒸汽后保持10分鐘的通氣時(shí)間；氧化石墨粉體的粒徑為400目。實(shí)施例五一種石墨烯的制備方法，與實(shí)施例四的區(qū)別僅在于:步驟(I)中通入氮?dú)獾臍饬髁繛?00SCCm，步驟(3)中加入氧化石墨粉體的速度為3g/min。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟: (1)將金屬材質(zhì)的襯底清洗后烘干； (2)將烘干后的襯底設(shè)置在反應(yīng)室中，往反應(yīng)室通入氣流量為10 lOOOsccm的保護(hù)性氣體，并保持I 60分鐘； (3)隨后將反應(yīng)室加熱至900 1100°C，通入氣流量為10 200sccm的還原性氣體，并保持5 10分鐘的通氣時(shí)間；然后以I 10g/min的速度將氧化石墨粉體加入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，保持反應(yīng)10 60分鐘； (4)反應(yīng)完成后，停止加入氧化石墨粉體及停止通入還原性氣體，在保護(hù)性氣體氣氛下冷卻至室溫，在襯底表面制得石墨烯。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述襯底為不銹鋼箔和鎳箔中的一種或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述襯底的清洗過程包括:依次用去離子水、乙醇和丙酮分別對所述襯底進(jìn)行超聲清洗。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述保護(hù)性氣體為氮?dú)夂蜌鍤庵械囊环N或其組合。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中往反應(yīng)室內(nèi)通入保護(hù)性氣體后保持20 30分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述還原性氣體為氫氣和肼蒸氣中的一種或其組合。
7.如權(quán)利要求1所 述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述氧化石墨粉體的粒徑為·100 400 目。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟將金屬材質(zhì)的襯底清洗后烘干；將烘干后的襯底設(shè)置在反應(yīng)室中，往反應(yīng)室通入保護(hù)性氣體；隨后將反應(yīng)室加熱，通入還原性氣體；將氧化石墨粉體加入反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)完成后，停止加入氧化石墨粉體及停止通入還原性氣體，在保護(hù)性氣體氣氛下冷卻至室溫，在襯底表面制得石墨烯。本發(fā)明提供的石墨烯的制備方法以氧化石墨為原料，在高溫以及還原性氣氛中進(jìn)行還原制得石墨烯，相比傳統(tǒng)的溶液還原法，本發(fā)明制備時(shí)間短，所需設(shè)備占地面積小，操作簡易可行，無需過濾，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C01B31/04GK103172054SQ20111043295
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者周明杰, 袁新生, 王要兵 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司