石墨烯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了種石墨烯的制備方法，包括以下步驟：a、利用氧化反應(yīng)將石墨氧化為氧化石墨；b、氧化后的石墨通過(guò)超聲剝離而形成氧化石墨烯；c、然后加入還原劑進(jìn)行還原，從而得到石墨烯。本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)化學(xué)氧化還原法可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的大批量制備，且中間產(chǎn)物氧化石墨烯在水中的分散性較好，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的改性及功能化，因此該方法常被用于復(fù)合材料、儲(chǔ)能等研究中。
【專利說(shuō)明】石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是已知材料中最薄的一種，質(zhì)料非常牢固堅(jiān)硬，在室溫狀況，傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯的原子尺寸結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用量子場(chǎng)論才能描繪。
[0003]石墨烯是一種二維晶體，人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。發(fā)展簡(jiǎn)史。第一:石墨烯是迄今為止世界上強(qiáng)度最大的材料，據(jù)測(cè)算如果用石墨烯制成厚度相當(dāng)于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜(厚度約100納米)，那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂；第二:石墨烯是世界上導(dǎo)電性最好的材料。
[0004]石墨烯的應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強(qiáng)度超大的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機(jī)材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會(huì)成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，碳元素更高的電子遷移率可以使未來(lái)的計(jì)算機(jī)獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級(jí)電容器、鋰離子電池方面，由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑石墨烯出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中是在2004年，當(dāng)時(shí)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈?杰姆和克斯特亞.諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單的方法得到越來(lái)越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來(lái)越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經(jīng)過(guò)5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時(shí)不遠(yuǎn)了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
[0005]石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量，2013年一般的電腦芯片以這種方式浪費(fèi)了 72%-81%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會(huì)被損耗，這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的提供一種石墨烯的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟:
a、利用氧化反應(yīng)將石墨氧化為氧化石墨；b、氧化后的石墨通過(guò)超聲剝離而形成氧化石墨烯；
c、然后加入還原劑進(jìn)行還原，從而得到石墨烯。
[0008]步驟a中，氧化方法為:Brodie法、Staudenmaier法及Hummers法。
[0009]步驟c中，還原劑為水合肼、NaBH,以及強(qiáng)堿超聲還原的一種 在步驟c中，加入氨水。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)化學(xué)氧化還原法可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的大批量制備，且中間產(chǎn)物氧化石墨烯在水中的分散性較好，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的改性及功能化，因此該方法常被用于復(fù)合材料、儲(chǔ)能等研究中。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]一種石墨烯的制備方法，包括以下步驟:
1、利用氧化反應(yīng)將石墨氧化為氧化石墨；通過(guò)在石墨層與層之間的碳原子上引入含氧官能團(tuán)而增大層間距，進(jìn)而削弱層間的相互作用；氧化方法為=Brodie法、Staudenmaier法及Hummers法，其原理 均是先用強(qiáng)酸對(duì)石墨進(jìn)行處理，然后加入強(qiáng)氧化劑進(jìn)行氧化。
[0013]2、氧化后的石墨通過(guò)超聲剝離而形成氧化石墨烯，
3、然后加入還原劑進(jìn)行還原，從而得到石墨烯。還原劑為水合肼、NaBH、以及強(qiáng)堿超聲還原等。由于價(jià)格比較昂貴且容易殘留B元素，而強(qiáng)堿超聲還原雖然操作簡(jiǎn)單且較環(huán)保，但很難還原徹底，還原后通常會(huì)有大量含氧官能團(tuán)的殘留，因而通常采用較廉價(jià)水合肼來(lái)還原氧化石墨。水合肼還原的優(yōu)點(diǎn)在于還原能力較強(qiáng)且水合肼易于揮發(fā)，在產(chǎn)物中不會(huì)殘留雜質(zhì)。
[0014]在步驟c中，加入氨水，一方面提高水合肼的還原能力，另一方面可以使石墨烯的表面因帶負(fù)電荷而相互排斥，進(jìn)而減少石墨烯的團(tuán)聚。
[0015]通過(guò)化學(xué)氧化還原法可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的大批量制備，且中間產(chǎn)物氧化石墨烯在水中的分散性較好，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的改性及功能化，因此該方法常被用于復(fù)合材料、儲(chǔ)能等研究中。
[0016]上述雖然結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: a、利用氧化反應(yīng)將石墨氧化為氧化石墨； b、氧化后的石墨通過(guò)超聲剝離而形成氧化石墨烯； c、然后加入還原劑進(jìn)行還原，從而得到石墨烯。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于:步驟a中，氧化方法為:Brodie 法、Staudenmaier 法及 Hummers 法。
3.如權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于:步驟c中，還原劑為水合肼、NaBH>以及強(qiáng)堿超聲還原的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨烯的制備方法，其特征在于:在步驟c中，加入氨水。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103641104SQ201310592048
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】簡(jiǎn)玉君 申請(qǐng)人:簡(jiǎn)玉君