本申請(qǐng)屬于石墨烯材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
在2015年末硼烯發(fā)現(xiàn)之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的貓。
石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，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)。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。
另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無(wú)法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽(yáng)能電池板。
作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)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(chǎng)席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。
實(shí)際上石墨烯本來(lái)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(lái)就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過(guò)，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(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。他們從高定向熱解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(kāi)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，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(jiǎng)。
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(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無(wú)法在非絕對(duì)零度穩(wěn)定存在,但是單層石墨烯在實(shí)驗(yàn)中被制備出來(lái)。
石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個(gè)碳原子圍成的六邊形，厚度為一個(gè)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(qiáng)100倍，甚至還要超過(guò)鉆石。在石墨烯中，每個(gè)碳原子都有一個(gè)未成鍵的p電子，這些p電子可以在晶體中自由移動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)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(jiàn)光區(qū)，四層石墨烯的透過(guò)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(guò)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(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(méi)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。
中國(guó)在石墨烯研究上也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的石墨，在我國(guó)儲(chǔ)能豐富，價(jià)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(guó)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(guó)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(qiáng)透光性和柔性。
中國(guó)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(tuán)、常州第六元素、億陽(yáng)集團(tuán)等四家上市公司的代表參加了西班牙的石墨烯會(huì)議，并分別與意大利、瑞典代表團(tuán)簽訂了深度戰(zhàn)略合作協(xié)議，為“石墨烯全球并購(gòu)，中國(guó)整合”戰(zhàn)略打響了第一槍。此外，3月初全球首批3萬(wàn)部量產(chǎn)石墨烯手機(jī)在重慶發(fā)布，開(kāi)啟了石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新時(shí)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(jì)2015年將成為中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)爆發(fā)元年，隨著社會(huì)城市化、科技化、人性化的發(fā)展，設(shè)計(jì)一種不易被破壞、產(chǎn)率高且可規(guī)模化生產(chǎn)的導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物及其制備方法，成本低廉，以滿足市場(chǎng)需求，是非常必要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
解決的技術(shù)問(wèn)題：
本申請(qǐng)針對(duì)現(xiàn)有石墨烯復(fù)合物產(chǎn)率低、易受強(qiáng)氧化劑破壞和成本高等技術(shù)問(wèn)題，提供一種導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物及其制備方法。
技術(shù)方案：
一種導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物，所述導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物的原料按重量份數(shù)配比如下：三硝基甲苯100份，石墨5-15份，銅粉1-5份，酞菁亞鐵2-6份，DOP1-3份，SEBS2-4份，丙三醇10-20份，ACR3-5份，水鎂石0.1-0.5份，蛭石0.3-0.5份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物的原料按重量份數(shù)配比如下：三硝基甲苯100份，石墨5份，銅粉1份，酞菁亞鐵2份，DOP1份，SEBS2份，丙三醇10份，ACR3份，水鎂石0.1份，蛭石0.3份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物的原料按重量份數(shù)配比如下：三硝基甲苯100份，石墨15份，銅粉5份，酞菁亞鐵6份，DOP3份，SEBS4份，丙三醇20份，ACR5份，水鎂石0.5份，蛭石0.5份。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物的原料按重量份數(shù)配比如下：三硝基甲苯100份，石墨10份，銅粉3份，酞菁亞鐵4份，DOP2份，SEBS3份，丙三醇15份，ACR4份，水鎂石0.3份，蛭石0.4份。
一種所述導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物的制備方法，包括如下步驟：
第一步：按重量份數(shù)配比稱取三硝基甲苯、石墨、銅粉、酞菁亞鐵、DOP、SEBS、丙三醇、ACR、水鎂石和蛭石；
第二步：在室溫下，將原料在研磨機(jī)中研磨40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?dú)獗Ｗo(hù)下首先加熱至550-650℃，保溫反應(yīng)4-6小時(shí)，然后進(jìn)一步加熱至800-1000℃，保溫反應(yīng)1-3小時(shí)，制得導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物。
有益效果：
本發(fā)明所述一種導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物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、在0.1M KOH溶液中催化氧還原的極限電流密度達(dá)到5.5mA/cm2，起始電位達(dá)-0.04V vs.SCE；2、原料價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)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(jí)電容器、鋰離子電池等能量存儲(chǔ)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(shí)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(shí)施方式
實(shí)施例1:
按重量份數(shù)配比稱取三硝基甲苯100份，石墨5份，銅粉1份，酞菁亞鐵2份，DOP1份，SEBS2份，丙三醇10份，ACR3份，水鎂石0.1份，蛭石0.3份。
在室溫下，將原料在研磨機(jī)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?dú)獗Ｗo(hù)下首先加熱至550℃，保溫反應(yīng)4小時(shí)，然后進(jìn)一步加熱至800℃，保溫反應(yīng)1小時(shí)，制得導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物。
實(shí)施例2：
按重量份數(shù)配比稱取三硝基甲苯100份，石墨15份，銅粉5份，酞菁亞鐵6份，DOP3份，SEBS4份，丙三醇20份，ACR5份，水鎂石0.5份，蛭石0.5份。
在室溫下，將原料在研磨機(jī)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?dú)獗Ｗo(hù)下首先加熱至650℃，保溫反應(yīng)6小時(shí)，然后進(jìn)一步加熱至1000℃，保溫反應(yīng)3小時(shí)，制得導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物。
實(shí)施例3：
按重量份數(shù)配比稱取三硝基甲苯100份，石墨10份，銅粉3份，酞菁亞鐵4份，DOP2份，SEBS3份，丙三醇15份，ACR4份，水鎂石0.3份，蛭石0.4份。
在室溫下，將原料在研磨機(jī)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?dú)獗Ｗo(hù)下首先加熱至600℃，保溫反應(yīng)5小時(shí)，然后進(jìn)一步加熱至900℃，保溫反應(yīng)2小時(shí)，制得導(dǎo)電石墨烯復(fù)合物。
在0.1M KOH溶液中催化氧還原的極限電流密度達(dá)到5.5mA/cm2，起始電位達(dá)-0.04V vs.SCE；原料價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)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(jí)電容器、鋰離子電池等能量存儲(chǔ)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(shí)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。
以上實(shí)施例中的所有組分均可以商業(yè)購(gòu)買。
上述實(shí)施例只是用于對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)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)。