本申請屬于石墨烯材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯復(fù)合物材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是檸檬酸，厚1毫米的檸檬酸大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

石墨烯在實驗室中是在2004年，當(dāng)時，英國曼徹斯特大學(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單的方法得到越來越薄的檸檬酸薄片。他們從高定向熱解檸檬酸中剝離出檸檬酸片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把檸檬酸片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，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)域已為時不遠(yuǎn)了。因此，在隨后三年內(nèi), 安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng)，他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎。

在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚體物理學(xué)學(xué)術(shù)界。雖然理論和實驗界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對零度穩(wěn)定存在,但是單層石墨烯在實驗中被制備出來。

石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形，厚度為一個原子層。碳原子之間由σ鍵連接，結(jié)合方式為sp2雜化，這些σ鍵賦予了石墨烯極其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強100倍，甚至還要超過鉆石。在石墨烯中，每個碳原子都有一個未成鍵的p電子，這些p電子可以在晶體中自由移動，且運動速度高達光速的1/300，賦予了石墨烯良好的導(dǎo)電性。石墨烯是新一代的透明導(dǎo)電材料，在可見光區(qū)，四層石墨烯的透過率與傳統(tǒng)的ITO薄膜相當(dāng)，在其它波段，四層石墨烯的透過率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ITO薄膜。

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了72%-81%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特性。

中國在石墨烯研究上也具有獨特的優(yōu)勢，從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的檸檬酸，在我國儲能豐富，價格低廉。另外，批量化生產(chǎn)和大尺寸生產(chǎn)是阻礙石墨烯大規(guī)模商用的最主要因素。而我國最新的研究成果已成功突破這兩大難題，制造成本已從5000元/克降至3元/克，解決了這種材料的量產(chǎn)難題。利用化學(xué)氣相沉積法成功制造出了國內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯，并成功地將石墨烯透明電極應(yīng)用于電阻觸摸屏上，制備出了7英寸石墨烯觸摸屏。

中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院的研究人員在展示單層石墨烯產(chǎn)品的超強透光性和柔性。

中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟率領(lǐng)貝特瑞、正泰集團、常州第六元素、億陽集團等四家上市公司的代表參加了西班牙的石墨烯會議，并分別與意大利、瑞典代表團簽訂了深度戰(zhàn)略合作協(xié)議，為“石墨烯全球并購，中國整合”戰(zhàn)略打響了第一槍。此外，3月初全球首批3萬部量產(chǎn)石墨烯手機在重慶發(fā)布，開啟了石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新時代。石墨烯入選“十三五”新材料規(guī)劃已經(jīng)基本落定，預(yù)計2015年將成為中國石墨烯產(chǎn)業(yè)爆發(fā)元年，隨著社會城市化、科技化、人性化的發(fā)展，設(shè)計一種不易被破壞、產(chǎn)率高且可規(guī)?；a(chǎn)的石墨烯復(fù)合物材料及其制備方法，成本低廉，以滿足市場需求，是非常必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：

本申請針對現(xiàn)有石墨烯復(fù)合物產(chǎn)率低、易受強氧化劑破壞和成本高等技術(shù)問題，提供一種石墨烯復(fù)合物材料及其制備方法。

技術(shù)方案：

一種石墨烯復(fù)合物材料，所述石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚氯乙烯100份，檸檬酸5-15份，硫酸鎳4-8份，石墨2-6份，聚乙烯吡咯烷酮1-3份，二甲基二萘磺酸鈉4-6份，二氯甲烷10-12份，PE蠟3-7份，硫酸銨6-10份，硝酸鋰7-9份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚氯乙烯100份，檸檬酸5份，硫酸鎳4份，石墨2份，聚乙烯吡咯烷酮1份，二甲基二萘磺酸鈉4份，二氯甲烷10份，PE蠟3份，硫酸銨6份，硝酸鋰7份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚氯乙烯100份，檸檬酸15份，硫酸鎳8份，石墨6份，聚乙烯吡咯烷酮3份，二甲基二萘磺酸鈉6份，二氯甲烷12份，PE蠟7份，硫酸銨10份，硝酸鋰9份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述石墨烯復(fù)合物材料的原料按重量份數(shù)配比如下：聚氯乙烯100份，檸檬酸10份，硫酸鎳6份，石墨4份，聚乙烯吡咯烷酮2份，二甲基二萘磺酸鈉5份，二氯甲烷11份，PE蠟5份，硫酸銨8份，硝酸鋰8份。

一種所述石墨烯復(fù)合物材料的制備方法，包括如下步驟：

第一步：按重量份數(shù)配比稱取聚氯乙烯、檸檬酸、硫酸鎳、石墨、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基二萘磺酸鈉、二氯甲烷、PE蠟、硫酸銨和硝酸鋰；

第二步：在室溫下，將原料在研磨機中研磨40-60分鐘，使其混合均勻；

第三步：將混合均勻的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至500-600℃，保溫反應(yīng)2-4小時，然后進一步加熱至800-1000℃，保溫反應(yīng)2-4小時，制得石墨烯復(fù)合物材料。

有益效果：

本發(fā)明所述一種石墨烯復(fù)合物材料及其制備方法采用以上技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：1、力學(xué)性能優(yōu)異，導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)異；2、原料價格低廉，操作簡單易行；3、不僅可以用于燃料電池氧還原反應(yīng)非貴金屬催化劑，還可用于超級電容器、鋰離子電池等能量存儲領(lǐng)域以及工業(yè)催化、環(huán)境處理等領(lǐng)域；4、不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯及其復(fù)合物的大規(guī)模生產(chǎn)，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

具體實施方式

實施例1:

按重量份數(shù)配比稱取聚氯乙烯100份，檸檬酸5份，硫酸鎳4份，石墨2份，聚乙烯吡咯烷酮1份，二甲基二萘磺酸鈉4份，二氯甲烷10份，PE蠟3份，硫酸銨6份，硝酸鋰7份。

在室溫下，將原料在研磨機中研磨40分鐘，使其混合均勻。

將混合均勻的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至500℃，保溫反應(yīng)2小時，然后進一步加熱至800℃，保溫反應(yīng)2小時，制得石墨烯復(fù)合物材料。

力學(xué)性能優(yōu)異，導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)異；原料價格低廉，操作簡單易行；不僅可以用于燃料電池氧還原反應(yīng)非貴金屬催化劑，還可用于超級電容器、鋰離子電池等能量存儲領(lǐng)域以及工業(yè)催化、環(huán)境處理等領(lǐng)域；不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯及其復(fù)合物的大規(guī)模生產(chǎn)。

實施例2：

按重量份數(shù)配比稱取聚氯乙烯100份，檸檬酸15份，硫酸鎳8份，石墨6份，聚乙烯吡咯烷酮3份，二甲基二萘磺酸鈉6份，二氯甲烷12份，PE蠟7份，硫酸銨10份，硝酸鋰9份。

在室溫下，將原料在研磨機中研磨60分鐘，使其混合均勻。

將混合均勻的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至600℃，保溫反應(yīng)4小時，然后進一步加熱至1000℃，保溫反應(yīng)4小時，制得石墨烯復(fù)合物材料。

力學(xué)性能優(yōu)異，導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)異；原料價格低廉，操作簡單易行；不僅可以用于燃料電池氧還原反應(yīng)非貴金屬催化劑，還可用于超級電容器、鋰離子電池等能量存儲領(lǐng)域以及工業(yè)催化、環(huán)境處理等領(lǐng)域；不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯及其復(fù)合物的大規(guī)模生產(chǎn)。

實施例3：

按重量份數(shù)配比稱取聚氯乙烯100份，檸檬酸10份，硫酸鎳6份，石墨4份，聚乙烯吡咯烷酮2份，二甲基二萘磺酸鈉5份，二氯甲烷11份，PE蠟5份，硫酸銨8份，硝酸鋰8份。

在室溫下，將原料在研磨機中研磨50分鐘，使其混合均勻。

將混合均勻的原料置于帶蓋的陶瓷坩堝中，再將帶蓋的陶瓷坩堝放入管式爐中在高純氮氣保護下首先加熱至550℃，保溫反應(yīng)3小時，然后進一步加熱至900℃，保溫反應(yīng)3小時，制得石墨烯復(fù)合物材料。

力學(xué)性能優(yōu)異，導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)異；原料價格低廉，操作簡單易行；不僅可以用于燃料電池氧還原反應(yīng)非貴金屬催化劑，還可用于超級電容器、鋰離子電池等能量存儲領(lǐng)域以及工業(yè)催化、環(huán)境處理等領(lǐng)域；不依賴于大型儀器設(shè)備，可實現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯及其復(fù)合物的大規(guī)模生產(chǎn)。

以上實施例中的所有組分均可以商業(yè)購買。

上述實施例只是用于對本發(fā)明的內(nèi)容進行闡述，而不是限制，因此在和本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)該認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。