石墨烯納米帶及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯納米帶的制備方法，包括如下步驟：(a)清洗加熱；(b)冷卻剝離。本發(fā)明的石墨烯納米帶的制備中，采用冷熱交替的方法剝開碳納米管得到石墨烯納米帶，其制備時間短，效率高，且保持了碳納米管原有的結(jié)構(gòu)及優(yōu)良性能，使用離子液體做溶劑，能使剝離后的石墨烯納米帶更好的分散，防止再次團聚，而且制備工藝過程簡單，對設(shè)備要求低，有利于大批量生產(chǎn)。
【專利說明】石墨烯納米帶及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學材料合成領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯納米帶及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，而且還非常牢固堅硬，作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。
[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，例如其長徑比很大，可高達上千倍，在集成電路方面可代替銅導(dǎo)線，以進一步提高集成度，亦可對其結(jié)構(gòu)進行改性制備成開關(guān)器件。但目前由于石墨烯納米帶制備過程中存在尺寸控制困難、產(chǎn)量低的問題，從而限制了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，提供一種石墨烯納米帶及其制備方法，采用冷熱交替的方法剝開碳納米管得到石墨烯納米帶，其制備時間短，效率高，且保持了碳納米管原有的結(jié)構(gòu)及優(yōu)良性能，使用離子液體做溶劑，能使剝離后的石墨烯納米帶更好的分散，防止再次團聚，而且制備工藝過程簡單，對設(shè)備要求低，有利于大
批量生產(chǎn)。
[0005]為達到本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種石墨烯納米帶的制備方法，包括如下步驟。
[0006](^)清洗加熱:碳納米管分別經(jīng)酸溶液、堿溶液攪拌浸泡，過濾后再經(jīng)超聲清洗，再次過濾并干燥至恒重，在惰性氣體保護下加熱到800~10001后保溫3~5分鐘。
[0007](^)冷卻剝離:取出所述碳納米管并置于-17(^-2001的環(huán)境中保持3~5分鐘，取出后將所述碳納米管再按質(zhì)量體積比為:(10~100)01加到離子液體中進行剝離處理，剝離物經(jīng)過濾、清洗過濾、干燥至恒重后，得到石墨烯納米帶。
[0008]在所述步驟⑷中，所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種。
[0009]在所述步驟仏)中，所述酸溶液為鹽酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的濃度為0.1~
0.511101/匕
[0010]在所述步驟(￡1)中，所述堿溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀，所述堿溶液的濃度為
0.1 ~0.511101/1。
[0011]在所述步驟(幻中，所述攪拌浸泡的時間為30~60分鐘，所述超聲清洗的時間為30~60分鐘。
[0012]在所述步驟 中，所述惰性氣體為氦氣或氬氣，所述加熱是在馬弗爐中進行的。
[0013]在所述步驟$)中，所述-17(^-2001的環(huán)境為液氮、液氬或液氫構(gòu)成的。
[0014]在所述步驟㈦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、1，3- 二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺中的至少一種。
[0015]在所述步驟(b)中，所述剝離物的清洗過濾包括:先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去離子水各清洗過濾。
[0016]本發(fā)明還包括利用上述制備方法制得的石墨烯納米帶。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的石墨烯納米帶及其制備方法，存在以下的優(yōu)點:
[0018]1.采用冷熱交替的方法剝開碳納米管得到石墨烯納米帶，其制備時間短，效率高，且保持了碳納米管原有的結(jié)構(gòu)及優(yōu)良性能。
[0019]2.使用離子液體做溶劑，能使剝離后的石墨烯納米帶更好的分散，防止再次團聚。
[0020]3.制備工藝過程簡單，對設(shè)備要求低，有利于大批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實施例1所制備的石墨烯納米帶SEM圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明予以進一步地詳盡闡述。
[0023]本發(fā)明的石墨烯納米帶的制備過程大致分為以下步驟。
[0024]制備石墨烯納米帶:(a)先將碳納米管分別用濃度為0.1?0.5mol/L的酸溶液、堿溶液各浸泡攪拌30?60分鐘后去除雜質(zhì)與油污(同時也起到對碳納米管進行腐蝕的作用)，然后清洗過濾。用乙醇、丙酮浸泡碳納米管，并置于超聲清洗儀里超聲30?60分鐘后，過濾并轉(zhuǎn)移到真空干燥箱干燥至恒重。
[0025](b)取出干燥好的碳納米管，放在馬弗爐里，在惰性氣體保護下加熱到800?1000°C后保溫3?5分鐘，使碳納米管均勻受熱。
[0026](c)將碳納米管迅速轉(zhuǎn)移到裝有液態(tài)氣體的鋼瓶里，在-17(T-20(TC的低溫環(huán)境(由液氮、液IS或液氫構(gòu)成)中保持5?30分鐘后再將碳納米管按質(zhì)量體積比為Ig: (10?100) mL在攪拌下快速加到裝有離子液體的容器里，使碳納米管瞬間受巨大溫差而剝離，即制得石墨烯納米帶。
[0027](d)將石墨烯納米帶過濾，然后用有機溶劑清洗3?6次，再用丙酮、乙醇、去離子水各清洗過濾一次，并于60?10(TC真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯納米帶。
[0028]其中，碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種。酸溶液為鹽酸、硝酸、硫酸中的一種，堿溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀。液態(tài)氣體為液氮、液IS或液氫，惰性氣體為氦氣或氬氣。
[0029]有機溶劑為1-甲基-2-吡咯烷酮(英文縮寫，NMP)或者N，N_ 二甲基甲酰胺(英文縮寫，DMF)，能有效去除離子液體。
[0030]離子液體具體為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)2)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF3SO3X
1-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夜氮的鋼瓶里，在-2001的液氮中保持301001的比例在攪拌下快速加到裝有1-乙的容器里，使多壁碳納米管瞬間受巨大溫差
青洗6次，再用丙酮、乙醇、去離子水各清洗辱到石墨烯納米帶。
「雙壁碳納米管分別用濃度為0.3—1/1硫余雜質(zhì)與油污(同時也起到對碳納米管進行僅壁碳納米管，一起置于超聲清洗儀里超聲、；
馬弗爐里，在氬氣保護下加熱到9001后保
夜氬的鋼瓶里，在-170 00的液氬中保持20001111的比例在攪拌下快速加到裝有1-乙:000離子液體的容器里，使雙壁碳納米管基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF3SO3)離子液體的容器里，使單壁碳納米管瞬間受巨大溫差而剝離，即制得石墨烯納米帶。
[0044](d)將石墨烯納米帶過濾，然后用NMP清洗5次，再用丙酮、乙醇、去離子水各清洗過濾一次，并于10(TC真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯納米帶。
[0045]圖1為實施例1所制備的石墨烯納米帶的SEM圖，從圖中可以看出，石墨烯納米帶已經(jīng)成功制備，石墨烯納米帶的寬度約為20?50nm,長度約為2?5um,長徑比約為40?250。
[0046]下表I為實施例4?11的具體參數(shù)，實施例4?11的工藝步驟與實施例1?3相同，不同之處在于工藝參數(shù)和工藝條件，在此對其工藝步驟不再贅述。
[0047]表I
【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: (a)清洗加熱:碳納米管分別經(jīng)酸溶液、堿溶液攪拌浸泡，過濾后再經(jīng)超聲清洗，再次過濾并干燥至恒重，在惰性氣體保護下加熱到800?1000°C后保溫3?5分鐘； (b)冷卻剝離:取出所述碳納米管并置于-17(T-20(TC的環(huán)境中保持3?5分鐘，取出后將所述碳納米管再按質(zhì)量體積比為Ig:(10?100)ml加到離子液體中進行剝離處理，剝離物經(jīng)過濾、清洗過濾、干燥至恒重后，得到石墨烯納米帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(a)中，所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(a)中，所述酸溶液為鹽酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的濃度為0.1?0.5mol/Lo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(a)中，所述堿溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀，所述堿溶液的濃度為0.1?0.5mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(a)中，所述攪拌浸泡的時間為30?60分鐘，所述超聲清洗的時間為30?60分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(a)中，所述惰性氣體為氦氣或氬氣，所述加熱是在馬弗爐中進行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(b)中，所述-17(T-200 °C的環(huán)境為液氮、液気或液氫構(gòu)成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(b)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、1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(b)中，所述剝離物的清洗過濾包括:先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去離子水各清洗過濾。
10.一種權(quán)利要求1至9任一所述的制備方法制得的石墨烯納米帶。
【文檔編號】B82Y30/00GK103833023SQ201210490950
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月27日
【發(fā)明者】周明杰, 袁新生, 王要兵, 鐘輝 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, 深圳市海洋王照明工程有限公司