石墨烯納米帶的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯納米帶的制備方法，該方法包括如下步驟：對(duì)金屬襯底進(jìn)行酸處理；將酸處理后的金屬襯底置于無(wú)氧環(huán)境中，加熱，然后在紫外光照射條件下通入保護(hù)性氣體與氣體含碳物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，停止反應(yīng)后，得到附著于金屬襯底表面上的碳納米壁，并將碳納米壁粉末與離子液體混合制備濃度為1～200g/L的碳納米壁離子液體溶液；將碳納米壁離子液體溶液加入至球磨容器中，向所述球磨容器中加入直徑為5～20nm的球磨球，在200～1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下球磨，球磨結(jié)束后分離出球磨球并將得到溶液進(jìn)行離心處理，得到石墨烯納米帶與離子液體的混合物，分離純化后得到所述石墨烯納米帶。上述制備方法能得到尺寸可調(diào)控的石墨烯納米帶。
【專(zhuān)利說(shuō)明】石墨烯納米帶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米碳材料領(lǐng)域，特別是涉及一種石墨烯納米帶的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳材料的種類(lèi)有零維的富勒烯(C6tl),—維的碳納米管、碳納米纖維等，二維的石墨烯,三維的石墨、金剛石等,碳納米壁(carbon nanowall, CNW)是具有二維擴(kuò)散的碳納米結(jié)構(gòu)體，其最典型的形貌就是垂直于基底材料表面生長(zhǎng)，厚度大于石墨烯的壁狀結(jié)構(gòu)，與富勒烯、碳納米管、石墨烯等的特征完全不同，可作為制備其它碳材料的原料，如用于制備石墨烯納米帶等。
[0003]石墨烯納米帶不僅擁有石墨烯的性能，還具備一些特殊的性能，例如其長(zhǎng)徑比比較大，可高達(dá)上千倍，在集成電路方面可代替銅導(dǎo)線，進(jìn)一步提高集成度，亦可對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性制備成開(kāi)關(guān)器件。但由于石墨烯納米帶制備過(guò)程中尺寸控制困難，產(chǎn)量低，從而限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種尺寸可調(diào)控的石墨烯納米帶的制備方法。
[0005]一種石墨烯納米 帶的制備方法，包括如下步驟:
[0006]對(duì)金屬襯底進(jìn)行酸處理；
[0007]將經(jīng)過(guò)酸處理的所述金屬襯底置于無(wú)氧環(huán)境中，加熱至600~900°C，然后在紫外光照射條件下通入保護(hù)性氣體與氣體含碳物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，停止反應(yīng)后，得到附著于所述金屬襯底表面上的碳納米壁；
[0008]分離所述金屬襯底與所述碳納米壁，得到碳納米壁粉末，并將所述碳納米壁粉末與離子液體混合制備濃度為I~200g/L的碳納米壁離子液體溶液；
[0009]將所述碳納米壁離子液體溶液加入至球磨容器中，按照球磨球與所述碳納米壁離子液體溶液體積比為1:0.5~2的比例向所述球磨容器中加入直徑為5~20nm的球磨球，在200~1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下球磨，球磨結(jié)束后分離出球磨球并將得到溶液進(jìn)行離心處理，得到石墨烯納米帶與離子液體的混合物，分離純化后得到所述石墨烯納米帶。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述經(jīng)酸處理后的金屬襯底通過(guò)如下步驟制備:
[0011]將待處理的金屬襯底放入濃度為0.01~lmol/L的酸溶液中刻蝕0.5~10分鐘，然后依次用去離子水、乙醇及丙酮進(jìn)行清洗，即得到所述經(jīng)酸處理后的金屬襯底。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬襯底為鐵箔、鎳箔或鈷箔；所述酸為鹽酸、硫酸或硝酸。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述停止反應(yīng)的過(guò)程包括依次停止通入所述氣體含碳物質(zhì)、停止對(duì)所述金屬襯底加熱、停止對(duì)所述金屬襯底進(jìn)行紫外光照射以及待金屬襯底冷卻至室溫后停止通入保護(hù)性氣體的步驟。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣體含碳物質(zhì)的流速為10~lOOOsccm,所述保護(hù)性氣體與氣體含碳物質(zhì)的體積比為1:2~1:10，通入所述含碳物質(zhì)的時(shí)間為30~300分鐘。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述保護(hù)性氣體為氦氣、氮?dú)饣驓鍤狻?br> [0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣體含碳物質(zhì)為甲烷、乙烷、丙烷、乙炔或乙醇。
[0017] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基_3，5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺或1，3- 二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述分離純化的步驟包括:過(guò)濾所述石墨烯納米帶與離子液體的混合物，將得到的固體物加入有機(jī)溶劑中再過(guò)濾多次，之后分別用乙醇、丙酮、去離子水清洗，最后干燥得到純化的所述石墨烯納米帶。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述有機(jī)溶劑為1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺。
[0020]采用刻蝕和光催化化學(xué)氣相沉積兩步法制備垂直碳納米壁，其制備工藝簡(jiǎn)單，條件易控，縮短了刻蝕時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，光催化能有效降低反應(yīng)溫度，減少能耗，降低了生產(chǎn)成本，并有效避免了現(xiàn)有采用等離子體制備碳納米壁，使得碳納米壁的厚度均勻，結(jié)構(gòu)更完整。再將碳納米壁與離子液體在進(jìn)行球磨，再通過(guò)簡(jiǎn)單的分離、干燥就完成了制備過(guò)程，能有效防止石墨烯納米帶再次團(tuán)聚，通過(guò)調(diào)整球磨球的直接得到的石墨烯納米帶的尺寸可控，且石墨烯納米帶的產(chǎn)率高且原料自行制備，可降低生產(chǎn)成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為一實(shí)施方式的石墨烯納米帶的制備方法的流程圖；
[0022]圖2為實(shí)施I制備得到的碳納米壁的SEM圖；
[0023]圖3為實(shí)施I制備得到的石墨烯納米帶的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)石墨烯納米帶及其制備方法進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，一實(shí)施方式的石墨烯納米帶的制備方法，包括如下步驟:
[0026]步驟110，對(duì)金屬襯底進(jìn)行酸處理。
[0027]在本實(shí)施方式中，經(jīng)酸處理后的金屬襯底通過(guò)如下步驟制備:將待處理的金屬襯底放入濃度為0.01~lmol/L的酸溶液中刻蝕0.5~10分鐘，然后依次用去離子水、乙醇及丙酮進(jìn)行清洗，即得到經(jīng)酸處理后的金屬襯底。其中，酸溶液可以為稀鹽酸溶液、稀硫酸溶液或者稀硝酸溶液；酸溶液的濃度優(yōu)選為0.1~0.5mol/L ;酸處理的時(shí)間優(yōu)選為1.0~
3.0分鐘。酸處理的時(shí)間短，可以提高碳納米壁的生產(chǎn)效率。
[0028]步驟120，將經(jīng)過(guò)酸處理的金屬襯底置于無(wú)氧環(huán)境中，加熱至600~900°C，然后在紫外光照射條件下通入保護(hù)性氣體與氣體含碳物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，停止反應(yīng)后，得到附著于金屬襯底表面上的碳納米壁。
[0029]在本實(shí)施方式中，金屬襯底為鐵箔、鎳箔或鈷箔。對(duì)鐵箔、鎳箔或鈷箔進(jìn)行酸處理后，使得鐵箔、鎳箔或鈷箔的表面產(chǎn)生缺陷，從而能有效的改善鐵箔、鎳箔或鈷箔的表面結(jié)構(gòu)，使得碳納米壁能夠在鐵箔、鎳箔或鈷箔的表面生長(zhǎng)。
[0030]在本實(shí)施方式中，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程都是在無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)行的，主要是為了給碳納米壁的制備提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，避免氧氣的參與而影響碳納米壁的制備。
[0031]在本實(shí)施方式中，保護(hù)性氣體為氦氣、氮?dú)馀c氬氣中的至少一種。氣體含碳物質(zhì)為甲烷、乙烷、丙烷、乙炔或乙醇；氣體含碳物質(zhì)的流速為10~lOOOsccm，保護(hù)性氣體與氣體含碳物質(zhì)的體積比為1:2~1:10，通入氣體含碳物質(zhì)的時(shí)間為30~300分鐘。
[0032]保護(hù)性氣體除了具有提供無(wú)氧環(huán)境的作用以外，在反應(yīng)過(guò)程中，還能減少氣體含碳物質(zhì)之間的碰撞幾率，從而減少不必要的反應(yīng)發(fā)生，使目的反應(yīng)順利進(jìn)行。
[0033]氣體含碳物質(zhì)需要以氣態(tài)形式通入至無(wú)氧環(huán)境中，一般情況下可以選擇常溫下為氣態(tài)的含碳物質(zhì)，當(dāng)然也可以選擇容易氣化且便宜的含碳物質(zhì)，如乙醇(通入至無(wú)氧環(huán)境中前，先使乙醇?xì)饣纯?。氣體含碳物質(zhì)的流速以及通入氣體含碳物質(zhì)的時(shí)間對(duì)碳納米壁的厚度有影響，通過(guò)調(diào)控氣體含碳物質(zhì)的流速以及通入氣體含碳物質(zhì)的時(shí)間可以制備出不同尺寸的碳納米壁，而不同尺寸的碳納米壁會(huì)影響以碳納米壁為原料制備的石墨烯納米帶的尺寸。
[0034]在本實(shí)施方式中，停止反應(yīng)的過(guò)程包括依次停止通入氣體含碳物質(zhì)、停止對(duì)金屬襯底加熱、停止對(duì)金屬襯底進(jìn)行 紫外光照射以及待金屬襯底冷卻至室溫后停止通入保護(hù)性氣體的步驟。
[0035]首先，停止通入氣體含碳物質(zhì)，也即停止了供應(yīng)反應(yīng)氣體，而此時(shí)并沒(méi)有停止加熱和紫外光照，可以使反應(yīng)體系中的氣體含碳物質(zhì)繼續(xù)反應(yīng)，從而控制反應(yīng)緩慢停止。而待金屬襯底冷卻至室溫后再停止通入保護(hù)性氣體，是為了使得到的碳納米壁在高于室溫的條件下一直處于無(wú)氧環(huán)境中，避免碳納米壁在相對(duì)較高的溫度下發(fā)生反應(yīng)。
[0036]步驟130，分離金屬襯底與碳納米壁，得到碳納米壁粉末，并將碳納米壁粉末與離子液體混合制備濃度為I~200g/L的碳納米壁離子液體溶液。
[0037]其中，離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(EtMeImBF4)U-乙基_3_甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺(EtMeImN(CF3SO2)2X1-乙基_3_甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF3SO3)U-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸(EtMeImCF3CO2)U-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳(EtMeImC (CF3SO2) 3)、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亞胺(EtMeImN (C2F5SO2) 2)、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮(EtMeImN(CN)2)、l-乙基_3，5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺(l-Et-3，5-Me2ImN(CF3SO2) 2)、1，3- 二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺(1，3-Et2_4-MeImN(CF3SO2)2)或1，3- 二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺(1，3-Et2-5-Me ImN (CF3SO2) 2)。
[0038]步驟S140，將碳納米壁離子液體溶液加入至球磨容器中，按照球磨球與碳納米壁離子液體溶液體積比為1:0.5~2的比例向球磨容器中加入直徑為5~20nm的球磨球，在200~1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下球磨，球磨結(jié)束后分離出球磨球并將得到溶液進(jìn)行離心處理，得到石墨烯納米帶與離子液體的混合物，分離純化后得到石墨烯納米帶。
[0039]其中，分離純化的步驟包括:過(guò)濾石墨烯納米帶與離子液體的混合物，將得到的固體物加入有機(jī)溶劑中再過(guò)濾多次，之后分別用乙醇、丙酮、去離子水清洗，最后干燥得到純化的石墨烯納米帶。本實(shí)施方式的有機(jī)溶劑優(yōu)選1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)或N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)。[0040]采用刻蝕和光催化化學(xué)氣相沉積兩步法制備垂直碳納米壁，可以通過(guò)調(diào)控含碳物質(zhì)的流速以及通入含碳物質(zhì)的時(shí)間制備出不同尺寸的碳納米壁，然后以尺寸可調(diào)控的碳納米壁為原料，從而可以得到尺寸可調(diào)控的石墨烯納米帶。而且光催化化學(xué)氣相沉積法能有效降低反應(yīng)溫度，減少能耗，從而降低生產(chǎn)成本，并有效避免了現(xiàn)有采用等離子體制備碳納米壁而對(duì)碳納米壁結(jié)構(gòu)造成破壞，使得碳納米壁的厚度和形貌較均勻，結(jié)構(gòu)更完整。再將碳納米壁與離子液體在進(jìn)行球磨，再通過(guò)簡(jiǎn)單的分離、干燥就完成了制備過(guò)程，能有效防止石墨烯納米帶再次團(tuán)聚，通過(guò)調(diào)整球磨球的直接得到的石墨烯納米帶的尺寸可控，且石墨烯納米帶的產(chǎn)率高且原料自行制備，可降低生產(chǎn)成本。
[0041]以下為具體實(shí)施例部分
[0042]實(shí)施例1
[0043]將鎳箔放入濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕0.5分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔加熱至900°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面上，接著通入200sCCm的甲烷與lOOsccm的氮?dú)?，并保?00分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入甲烷，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氮?dú)猓玫礁街诮?jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0044]用掃描電子顯微鏡檢測(cè)制備得到的碳納米壁，如圖2所示，從圖中可以看出，碳納米壁垂直于基底密集生長(zhǎng)，厚度均勻，約為30~60nm。 [0045]將碳納米壁加入EtMeImBF4中制備濃度為10g/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入0.5L直徑為5mm的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨12小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用1000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心10分鐘，得到石墨烯納米帶與EtMeImBF4的混合物，過(guò)濾，得到的濾渣再經(jīng)過(guò)NMP過(guò)濾6次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去EtMeImBF4，將收集到的濾渣在真空干燥箱里60°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0046]用掃描電子顯微鏡檢測(cè)制備得到的石墨烯納米帶，如圖3所示，從圖中可以看出，石墨烯納米帶寬度分布集中，約為20~40nm，長(zhǎng)度約為2~20 μ m，長(zhǎng)徑比約為50~1000。
[0047]實(shí)施例2
[0048]將鐵箔放入濃度為0.5mol/L的稀硫酸溶液中刻蝕4分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔加熱至600°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面上，接著通入lOOsccm的乙烷與20sCCm的氬氣，并保持200分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入乙烷，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氬氣，得到附著于經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0049]將碳納米壁加入EtMeImN(CF3SO2)2中制備濃度為lg/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入IL直徑為IOmm的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨10小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用2000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心5分鐘,得到石墨烯納米帶與EtMeImN(CF3SO2)2的混合物,過(guò)濾,得到的濾洛再經(jīng)過(guò)DMF過(guò)濾3次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去EtMeImN (CF3SO2) 2，將收集到的濾渣在真空干燥箱里80°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0050]實(shí)施例3
[0051]將鈷箔放入濃度為0.01mol/L的稀硝酸溶液中刻蝕10分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔加熱至700°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面上，接著通入IOsccm的乙炔與1.25sccm的氦氣，并保持300分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入乙炔，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氦氣，得到附著于經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0052]將碳納米壁加入EtMeImCF3SO3中制備濃度為lg/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入2L直徑為20mm的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨8小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用5000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心2分鐘,得到石墨烯納米帶與EtMeImCF3SO3的混合物,過(guò)濾,得到的濾洛再經(jīng)過(guò)NMP過(guò)濾5次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去EtMeImCF3SO3，將收集到的濾渣在真空干燥箱里100°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0053]實(shí)施例4
[0054]將鎳箔放入濃度為0.2mol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕2分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔加熱至750°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面上，接著通入lOOOsccm的丙烷與lOOsccm的氮?dú)猓⒈３?0分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入丙烷，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氮?dú)?，得到附著于?jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0055]將碳納米壁加入EtMeImCF3CO3中制備濃度為lg/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入IL直徑為IOmm的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定800轉(zhuǎn)/分鐘，球磨6小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用10000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心I分鐘，得到石墨烯納米帶與EtMeImCF3CO3的混合物,過(guò)濾,得到的濾洛再經(jīng)過(guò)DMF過(guò)濾3次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去EtMeImCF3CO3，將收集到的濾渣在真空干燥箱里90°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0056]實(shí)施例5[0057]將鐵箔放入濃度為0.lmol/L的稀硫酸溶液中刻蝕5分鐘,然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔加熱至800°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面上，接著通入500sCCm的乙醇與(500/6)sccm的氬氣，并保持50分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入乙醇，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氬氣，得到附著于經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0058]將碳納米壁加入EtMeImC(CF3SO2)3中制備濃度為lg/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入0.67L直徑為20mm的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定1000轉(zhuǎn)/分鐘，球磨4小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用8000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心4分鐘,得到石墨烯納米帶與EtMeImCF3CO3的混合物,過(guò)濾,得到的濾洛再經(jīng)過(guò)NMP過(guò)濾4次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去EtMeImCF3CO3，將收集到的濾渣在真空干燥箱里70°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。[0059]實(shí)施例6
[0060]將鈷箔放入濃度為0.4mol/L的稀硝酸溶液中刻蝕8分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔加熱至850°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面上，接著通入SOOsccm的甲烷與200sCCm的氦氣，并保持90分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入甲烷，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氦氣，得到附著于經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0061]將碳納米壁加入EtMeIm N(C2F5SO2)2中制備濃度為lg/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入0.83L直徑為5mm的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定300轉(zhuǎn)/分鐘，球磨9小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用6000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心3分鐘,得到石墨烯納米帶與EtMeIm N(C2F5SO2) 2的混合物,過(guò)濾，得到的濾渣再經(jīng)過(guò)DMF過(guò)濾5次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去EtMeImN(C2F5SO2)2，將收集到的濾渣在真空干燥箱里60°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0062]實(shí)施例7
[0063]將鎳箔放入濃度為0.25mol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕3分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔加熱至900°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面上，接著通入300sCCm的乙烷與lOOsccm的氮?dú)猓⒈３?20分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入乙烷，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氮?dú)?，得到附著于?jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0064]將碳納米壁加入EtMeImN(CN)2中制備濃度為lg/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入1.25L直徑為10_的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定500轉(zhuǎn)/分鐘，球磨10小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用4000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心6分鐘，得到石墨烯納米帶與EtMeImN(CN)2的混合物，過(guò)濾，得到的濾渣再經(jīng)過(guò)NMP過(guò)濾3次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去EtMeImN (CN) 2，將收集到的濾渣在真空干燥箱里100°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0065]實(shí)施例8
[0066]將鐵箔放入濃度為lmol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕4分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔加熱至650°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面上，接著通入200sccm的乙炔與IOOsccm的気氣，并保持180分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入乙炔，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氮?dú)?，得到附著于?jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鐵箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0067]將碳納米壁加入l-Et-3，5-Me2ImN(CF3SO2)2中制備濃度為5g/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入0.5L直徑為20mm的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定800轉(zhuǎn)/分鐘，球磨2小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用3000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心8分鐘，得到石墨烯納米帶與l-Et-3，5-Me2ImN(CF3SO2)2的混合物，過(guò)濾，得到的濾渣再經(jīng)過(guò)DMF過(guò)濾6次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去l-Et-3，5-Me2ImN(CF3SO2)2，將收集到的濾渣在真空干燥箱里80°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0068]實(shí)施例9
[0069]將鈷箔放入濃度為0.3mol/L的稀硫酸溶液中刻蝕2分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔加熱至700°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面上，接著通入50sCCm的丙烷與IOsccm的氦氣，并保持240分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入丙烷，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氦氣，得到附著于經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0070]將碳納米壁加入1，3-Et2-4-MeImN(CF3SO2)2中制備濃度為150g/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入IL直徑為5_的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定1000轉(zhuǎn)/分鐘，球磨12小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用10000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心10分鐘,得到石墨烯納米帶與I, 3-Et2-4-MeImN(CF3SO2)2的混合物，過(guò)濾，得到的濾渣再經(jīng)過(guò)NMP過(guò)濾3次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去1，3-Et2-4-MeImN(CF3SO2)2，將收集到的濾渣在真空干燥箱里90°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0071]實(shí)施例10
[0072]將鎳箔放入濃度為0.5mol/L的稀硝酸溶液中刻蝕5分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔加熱至800°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面上，接著通入20sccm的乙醇與2.5sccm的氮?dú)猓⒈３?00分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入乙醇，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氮?dú)?，得到附著于?jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鎳箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0073]將碳納米壁加入1，3-Et2-5_MeIm N(CF3SO2)2中制備濃度為200g/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入2L直徑為5_的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨8小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用1000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心5分鐘，得到石墨烯納米帶與l，3-Et2-5-MeIm N(CF3SO2)2的混合物，過(guò)濾，得到的濾渣再經(jīng)過(guò) DMF過(guò)濾4次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去1，3-Et2-5-MeIm N(CF3SO2)2,將收集到的濾渣在真空干燥箱里70°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0074]實(shí)施例11
[0075]將鈷箔放入濃度為0.05mol/L的稀鹽酸溶液中刻蝕I分鐘，然后依次用去離子水、乙醇、丙酮對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔進(jìn)行清洗。將清洗好的經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔放入反應(yīng)室中，并排除反應(yīng)室中的空氣，然后將經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔加熱至900°C，再開(kāi)啟紫外光光源設(shè)備，令紫外光照射在經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面上，接著通入lOOsccm的甲烷與IOsccm的氬氣，并保持30分鐘。反應(yīng)完成后，首先停止通入甲烷，然后停止對(duì)經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔加熱以及關(guān)閉紫外光光源設(shè)備；待反應(yīng)室冷卻至室溫后停止通入氬氣，得到附著于經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面上的碳納米壁，將其從經(jīng)刻蝕處理后的鈷箔表面刮下，便得到碳納米壁粉末。
[0076]將碳納米壁加入EtMePyN(CN)2中制備濃度為50g/L的碳納米壁離子液體溶液，再將得到IL碳納米壁離子液體溶液加入至容量為4L的不銹鋼球磨容器中，加入0.5L直徑為20mm的球磨球，加蓋密封。將球磨容器安裝到球磨設(shè)備里，球磨速度設(shè)定500轉(zhuǎn)/分鐘，球磨6小時(shí)后停止設(shè)備。將球磨容器取出，用篩網(wǎng)將球磨球與溶液分離，再用5000轉(zhuǎn)/分鐘的離心機(jī)離心7分鐘，得到石墨烯納米帶與EtMePyN(CN) 2的混合物，過(guò)濾，得到的濾渣再經(jīng)過(guò)NMP過(guò)濾5次，再分別用乙醇、丙酮、去離子水等清洗、過(guò)濾除去EtMePyN(CN)2，將收集到的濾渣在真空干燥箱里100°C下干燥至恒重可得到石墨烯納米帶。
[0077]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 對(duì)金屬襯底進(jìn)行酸處理； 將經(jīng)過(guò)酸處理的所述金屬襯底置于無(wú)氧環(huán)境中，加熱至600~900°C，然后在紫外光照射條件下通入保護(hù)性氣體與氣體含碳物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，停止反應(yīng)后，得到附著于所述金屬襯底表面上的碳納米壁； 分離所述金屬襯底與所述碳納米壁，得到碳納米壁粉末，并將所述碳納米壁粉末與離子液體混合制備濃度為I~200g/L的碳納米壁離子液體溶液； 將所述碳納米壁離子液體溶液加入至球磨容器中，按照球磨球與所述碳納米壁離子液體溶液體積比為1:0.5~2的比例向所述球磨容器中加入直徑為5~20nm的球磨球，在200~1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下球磨，球磨結(jié)束后分離出球磨球并將得到溶液進(jìn)行離心處理，得到石墨烯納米帶與離子液體的混合物，分離純化后得到所述石墨烯納米帶。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述對(duì)金屬襯底進(jìn)行酸處理的步驟包括: 將待處理的金屬襯底放入濃度為0.01~lmol/L的酸溶液中刻蝕0.5~10分鐘，然后依次用去離子水、乙醇及丙酮進(jìn)行清洗，即得到所述經(jīng)酸處理后的金屬襯底。
3.如權(quán)利要求1或2所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述金屬襯底為鐵箔、鎳箔或鈷箔；所述酸為鹽酸、硫酸或硝酸。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述停止反應(yīng)的過(guò)程包括依次停止通入所述氣體含碳物質(zhì)、停止對(duì)所述金屬襯底加熱、停止對(duì)所述金屬襯底進(jìn)行紫外光照射以及待金屬襯底冷卻至室溫后停止通入保護(hù)性氣體的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述氣體含碳物質(zhì)的流速為10~lOOOsccm,所述保護(hù)性氣體與氣體含碳物質(zhì)的體積比為1:2~1:10,通入所述含碳物質(zhì)的時(shí)間為30~300分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)性氣體為氦氣、氮?dú)饣驓鍤狻?br> 7.如權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述氣體含碳物質(zhì)為甲燒、乙燒、丙烷、乙塊或乙醇。
8.如權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基_3，5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1，3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺或1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺。
9.如權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述分離純化的步驟包括:過(guò)濾所述石墨烯納米帶與離子液體的混合物，將得到的固體物加入有機(jī)溶劑中再過(guò)濾多次，之后分別用乙醇、丙酮、去離子水清洗，最后干燥得到純化的所述石墨烯納米帶。
10.如權(quán)利要求9所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N- 二甲基甲酰胺。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103935984SQ201310019497
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】周明杰, 袁新生, 王要兵, 吳鳳 申請(qǐng)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, 深圳市海洋王照明工程有限公司