本發(fā)明涉及新材料制備領(lǐng)域，具體說是一種霧化熔融介質(zhì)制備石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
2004年geim等利用膠帶在天然石墨上反復剝離制得石墨烯以來，石墨烯因其獨特的二維結(jié)晶體在科學界引起關(guān)注，并獲得諾貝爾物理學獎，其獨一無二的優(yōu)異性能和巨大的潛在應(yīng)用價值更是引起了全世界廣泛關(guān)注。作為最先發(fā)現(xiàn)的二維宏觀物質(zhì)，其表面積達到了空前的2630m2/g。從化學鍵合方式上，構(gòu)成石墨烯二維結(jié)構(gòu)的碳原子以sp2方式雜化，這種雜化方式使得碳原子與相鄰的三個碳原子通過σ鍵形成穩(wěn)定的c-c鍵，賦予了石墨烯極高的力學性能，楊氏模量1100gpa，抗拉強度140gpa。同時在垂直于石墨烯平面上大量碳原子提供的π電子離域形成大π鍵，電子可以在其中自由移動，因此石墨烯具有優(yōu)異的導電性。比如石墨烯是一種零帶隙導體，電子在其中運動速度可達光速的1/300，石墨烯載流子遷移速率高達2×105cm2·v-1·s-1，電阻率只有10-8ωm。石墨烯還具有良好的光學性能、熱學性能和磁學性能。因此科技界和工程界普遍認為石墨烯是當代最重要的新材料。
目前，石墨烯的制備方法可以分為自上而下法和自下而上法，其中，氧化石墨還原法制備氧化石墨烯go為自上而下法中的主要方法；化學氣相沉積（cvd）外延生長法是自下而上法中的主要方法；熔鹽床制備石墨烯的方法是另一種自下而上生長石墨烯的方法，比上述兩種方法性價比高得多，其性能接近cvd法，成本低于氧化石墨烯go。上述方法的主要問題是：
1、氧化石墨烯go性能差，缺陷多，污染大。氧化石墨烯一般采用改進的hummers法，即使用濃硫酸、硝酸鈉和高錳酸鉀與石墨劇烈反應(yīng)后，用過氧化氫稀釋還原，再經(jīng)過離子交換純化、干燥，得到氧化石墨烯go。一般采用肼作為還原劑可以得到還原氧化石墨烯rgo。這樣制備的產(chǎn)物必然帶有大量的酚類基團和羧基，本征上具有大量的缺陷（10～15%），喪失了優(yōu)良的導電性能。缺陷較多和粉末化，使得go力學性能也不高。生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性差，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)具有不確定性，生產(chǎn)過程使用強酸和強氧化劑，環(huán)境污染大，處理成本高。
2、cvd法石墨烯性能好，但成本更高，生產(chǎn)效率更低。該方法為，在高溫下充入碳源氣體（如甲烷、乙烷、乙炔等），碳源氣體分解并在襯底上形成石墨烯。這種方法可以在襯底（例如銅襯底）上形成高質(zhì)量石墨烯，但對裝置和生產(chǎn)條件要求嚴格、反應(yīng)時間長、產(chǎn)率低下、成本高昂。特別是，通過這種方法在襯底（如銅、鎳、碳化硅等）上生長的石墨烯很難從襯底上轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)移時往往需要采用強酸腐蝕、高溫氣化等極端方法，這就造成了成本高、環(huán)境污染大，并且會損傷石墨烯成品。
熔鹽床制備石墨烯的方法是以高溫熔鹽反應(yīng)床作為石墨烯沉積的液相襯底和碳溶劑，將碳源裂解后形成的單原子碳溶解于反應(yīng)床并過飽和析出結(jié)晶，冷卻降溫后將鹽用水洗去，可以較低成本地制備較高性能的石墨烯，因而比上述兩種方法性價比高得多，其性能接近cvd法，成本低于氧化石墨烯go。
3、但上述熔鹽床制備石墨烯的方法由于單原子碳在熔鹽中的溶解度很低，過飽和析出的速度較慢，加之石墨烯的比表面積在數(shù)百至2630m2/g，所需的析出面積較大，因此生產(chǎn)效率仍然不高。
因此，迫切需要開發(fā)一種產(chǎn)品性能好、成本低、效率高、污染小、排放少的改進熔鹽床制備石墨烯的方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為實現(xiàn)上述目的，提出一種霧化熔融介質(zhì)制備石墨烯的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明的一種霧化熔融介質(zhì)制備石墨烯的方法，其特征在于將霧化熔融液態(tài)介質(zhì)作為單原子碳的溶劑、石墨烯過飽和析出的液態(tài)介質(zhì)和襯底；先利用或部分利用熔液的高溫將碳源裂解，單原子碳溶解于熔融液態(tài)介質(zhì)；將溶解有單原子碳的熔融液態(tài)介質(zhì)霧化成液滴；通過降溫使得碳快速過飽和析出石墨烯結(jié)晶于熔融液態(tài)介質(zhì)內(nèi)；降至常溫，熔融液態(tài)介質(zhì)結(jié)晶成固態(tài)襯底，同時石墨烯沉積在上述固態(tài)襯底上；然后在常溫下，用溶劑將固態(tài)襯底溶解洗脫，得到石墨烯。
上述高溫熔融液態(tài)介質(zhì)，是將常溫下呈固態(tài)的一種或幾種物質(zhì)的混合物，在高溫熔融至液態(tài)。
上述常溫下的固態(tài)物質(zhì)包括無機鹽，堿，金屬及合金。
上述無機鹽至少包括鈉鹽、鉀鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、錳酸鹽、鎳酸鹽、鈷酸鹽的一種或幾種的混合物。
上述堿是指在水溶液中可以電離出氫氧根離子并且不產(chǎn)生其它陰離子的化合物，至少包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣。
上述碳源為含碳物質(zhì)，是一種或幾種含碳物質(zhì)混合物。
上述含碳物質(zhì)，至少包括脂肪烴、芳香烴，烴類衍生物，碳水化合物，含碳高分子聚合物。
上述脂肪烴、芳香烴及烴類衍生物，包括但不限于甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、乙炔、環(huán)烷烴、苯、甲苯、萘、甲醇、乙醇。
上述將溶解有單原子碳的熔融液態(tài)介質(zhì)霧化的方法至少是超聲霧化，真空霧化，氣流霧化的一種。
進一步地，所述熔融液態(tài)介質(zhì)結(jié)晶成固態(tài)襯底前，利用石墨烯和炭黑較輕的特點進行浮力分選，將大部分熔融液態(tài)介質(zhì)循環(huán)利用。
上述用溶劑將固態(tài)襯底溶解洗脫的方法包括用水將無機鹽、堿溶解洗脫；用酸將金屬及合金溶解洗脫；用電化學腐蝕法將金屬及合金溶解洗脫。
進一步地，所述單原子碳溶解于熔融液態(tài)介質(zhì)的同時均勻混入固態(tài)顆粒，形成溶有原子碳懸濁液；霧化成液滴；通過降溫使得碳快速過飽和析出石墨烯結(jié)晶于所述固態(tài)顆粒上，得到石墨烯復合材料。
本發(fā)明是對現(xiàn)有氧化石墨烯技術(shù)方法和在固體襯底上氣相沉積石墨烯方法的突破，是對熔鹽床法制備石墨烯方法的改進和突破，有如下優(yōu)點：
1，與氧化石墨烯相比，本發(fā)明制備的石墨烯性能好，成本低，污染小，效率高，缺陷率比氧化石墨烯低幾個數(shù)量級，是一種可以低于氧化石墨烯的成本規(guī)?；a(chǎn)電子級石墨烯的方法。。
2，與cvd法石墨烯相比，本發(fā)明成本低，效率高。由于水洗或弱酸洗轉(zhuǎn)移方法廉價快速，成本可以比常規(guī)cvd法低幾個數(shù)量級，效率則有百千倍的提高。另外，液相與氣相相比，結(jié)晶質(zhì)量好，長晶速度快。
3，特別是與比氧化石墨烯及cvd石墨烯更有競爭力的熔鹽床法石墨烯相比，生長速度更快，生產(chǎn)效率更高，成本更低。
除此之外，
4，在固態(tài)顆粒上直接過飽和析出石墨烯的石墨烯復合材料成本低，石墨烯與固態(tài)顆粒結(jié)合牢固，分散性較好。
綜上所述，本發(fā)明提供的方法制備的石墨烯比熔鹽床法石墨烯相比，性能良好、生長速度更快、生產(chǎn)效率更高、成本更低。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明：
本發(fā)明的關(guān)鍵在于：一是采用熔融液態(tài)介質(zhì)作為單原子碳的溶劑、石墨烯過飽和析出的液態(tài)介質(zhì)及和襯底；二是熔融液態(tài)介質(zhì)霧化成液滴，表面張力效應(yīng)，溶解的單原子碳在液滴表面層富集并過飽和析出石墨烯。
實施例一
將nacl加溫至1100℃熔融，添加葡萄糖利用高溫將碳源裂解成單原子碳溶解于nacl熔鹽；將溶解有單原子碳的nacl熔鹽輸送至霧化反應(yīng)室；霧化反應(yīng)室為低真空狀態(tài)，nacl熔鹽從霧化反應(yīng)室頂部加壓噴入，并采用超聲充分霧化，nacl熔鹽霧化液滴降落時通過換熱器連續(xù)降溫，換熱器生產(chǎn)的高壓蒸汽用于余熱發(fā)電；由于表面張力效應(yīng)，溶解的單原子碳在nacl熔鹽液滴表面層富集，使得碳快速過飽和析出石墨烯結(jié)晶于熔融液態(tài)介質(zhì)內(nèi)，最終降至常溫，nacl熔鹽結(jié)晶成固態(tài)鹽晶襯底，生長有石墨烯片的炭黑混合在其中；用水將nacl溶解洗脫，干燥后得到石墨烯粉體。