一種制備石墨烯的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備石墨稀的新方法，尤其涉及一種制備大面積石墨稀的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前以石墨為原料制備石墨烯的方法主要有微機(jī)械剝離法，超高真空石墨烯外延生長法，氧化-還原法，化學(xué)氣相沉積法(CVD )、溶劑剝離法、電解法、溶劑熱法、爆炸法等。
[0003]中國專利(申請?zhí)?201010548936.X)簡要說明了各種石墨烯制備方法的劣勢，提出了先熱剝離再超聲剝離膨脹石墨，利用微波加熱制備石墨烯的方法。
[0004]中國專利(申請?zhí)?201210341989.3)總結(jié)了多種制備石墨方法的專利，提出了一種大規(guī)模制備高質(zhì)量石墨烯的方法，具體步驟:將剝離劑與水混合，制備濃度為0.2wt%-50wt%的剝離劑溶液;按膨脹石墨與剝離劑溶液質(zhì)量比為0.1-10: 100，將膨脹石墨分散于剝離劑溶液中攪拌浸漬，攪拌并浸漬時間是1-10小時，然后通過超聲5-300分鐘、經(jīng)過濾，洗滌，干燥制得石墨烯。
[0005]但是，這些方法目前只能制備較小尺寸的石墨烯，不適用于大面積石墨烯制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種制備石墨烯的新方法，尤其是一種制備大面積石墨烯的新方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0007]—種制備石墨烯的新方法，包括以下步驟:
[0008](I)制備可膨脹石墨:以天然鱗片石墨為原料，選取適當(dāng)?shù)牟鍖觿┖脱趸瘎ζ溥M(jìn)行插層，干燥后獲得可膨脹石墨；
[0009](2)可膨脹石墨團(tuán)聚造粒:選取適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑，將可膨脹石墨進(jìn)行團(tuán)聚造粒，篩分獲得粒徑適宜的可膨脹石墨；
[0010](3)等離子噴涂獲得石墨烯:將團(tuán)聚造粒后的可膨脹石墨進(jìn)行等離子噴涂，在旋轉(zhuǎn)的基材表面獲得石墨稀。
[0011 ] 進(jìn)一步地，步驟(I)中以體積比3:1的濃硝酸、濃硫酸混合溶液為插層劑，以氯酸鉀為氧化劑，每克石墨添加3_5ml插層劑和10-15wt%氧化劑，常溫水浴1-2小時，對天然鱗片石墨進(jìn)行插層，干燥后獲得可膨脹石墨。
[0012]進(jìn)一步地，步驟(2)中以清漆為粘結(jié)劑，每克石墨加0.1-1ml粘結(jié)劑，對可膨脹石墨進(jìn)行團(tuán)聚造粒，篩分獲得粒度在45-109μπι的可膨脹石墨。
[0013]進(jìn)一步地，步驟(3)中噴涂工藝參數(shù)為:主氣(氬氣)流量40-90L/min，次氣(氫氣)流量2.5-5L/min，載氣(氬氣)流量4.0-7.0L/min，電流320A-550A，功率25_38kw，噴涂距離80-150mm，基材轉(zhuǎn)速為 140-200r/min。
[0014]等離子噴涂過程中可膨脹石墨片層內(nèi)部在高溫下產(chǎn)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)分解和揮發(fā)，產(chǎn)生C0、C04PH20等氣體，產(chǎn)生的沖擊力使石墨片層沿c軸急速膨脹，石墨片層被撐開，層間距拉大，部分片層之間會剝離開來。與此同時，可膨脹石墨在高速等離子焰流中被加速，從噴嘴中噴出沉積到快速旋轉(zhuǎn)的基材上，形成一層單層的石墨烯。高速旋轉(zhuǎn)的圓柱形基材能避免短時間內(nèi)多個石墨烯的重疊。
[0015]本方法直接噴涂可膨脹石墨顆粒，熱源不是基材提供，而是靠溫度高達(dá)15000?20000K的大功率等離子焰流使可膨脹石墨顆?？焖倥蛎洠瑢訐伍_打到旋轉(zhuǎn)的基材上形成單層或多層石墨烯。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于利用高能等離子焰流較普通加熱方式更快的加熱可膨脹石墨，使含氧官能團(tuán)極短時間內(nèi)的迅速分解，產(chǎn)生更高的沖擊力，從而直接剝離石墨片層，免去了超聲波分離等步驟，從而更快捷的獲得大片層石墨烯。
【附圖說明】
[0017]圖1是等離子噴涂過程的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖通過實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的技術(shù)方案。以下所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的較優(yōu)實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出的改進(jìn)和變形，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
[0019]實施例1
[0020]以10g的細(xì)微(_13μπι)天然鱗片石墨為原料，添加400ml體積比3:1的濃硝酸、濃硫酸混合溶液，添加12g氯酸鉀，20°C水浴I小時，對膨脹石墨進(jìn)行插層，干燥后獲得可膨脹石墨;添加15ml清漆為粘結(jié)劑，對可膨脹石墨進(jìn)行團(tuán)聚造粒，篩分獲得球形_109μπι+45μπι可膨脹石墨;對可膨脹石墨進(jìn)行等離子噴涂，選取如下噴涂參數(shù):以氬氣為主氣，流量70升/分，氫氣為次氣，流量3升/分，氬氣為載氣，流量5升/分，電流450Α，功率30kw，噴涂距離10mm，基材轉(zhuǎn)速160轉(zhuǎn)/分。即可在基材上獲得大片層石墨烯。
[0021]實施例2
[0022]以10g的(_13μπι)細(xì)微天然鱗片石墨為原料，添加350ml體積比3:1的濃硝酸、濃硫酸混合溶液，添加1g氯酸鉀，20°c水浴1.5小時，對天然鱗片石墨進(jìn)行插層，干燥后獲得可膨脹石墨;添加30ml清漆為粘結(jié)劑，對可膨脹石墨進(jìn)行團(tuán)聚造粒，篩分獲得球形_109μπι+45μm可膨脹石墨；對可膨脹石墨進(jìn)行等離子噴涂，選取如下噴涂參數(shù):以氬氣為主氣，流量45升/分，氫氣為次氣，流量2.5升/分，氬氣為載氣，流量4.5升/分，電流400A，功率27kw，噴涂距離90mm，基材轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分。即可在基材上獲得大片層石墨稀。
[0023]實施例3
[0024]以10g的(_13μπι)細(xì)微天然鱗片石墨為原料，添加450ml體積比3:1的濃硝酸、濃硫酸混合溶液，添加15g氯酸鉀，20°C水浴2小時，對天然鱗片石墨進(jìn)行插層，干燥后獲得可膨脹石墨；添加30ml清漆為粘結(jié)劑，對可膨脹石墨進(jìn)行團(tuán)聚造粒，篩分獲得球形-109μπι+45μπι可膨脹石墨;對可膨脹石墨進(jìn)行等離子噴涂，選取如下噴涂參數(shù):以氬氣為主氣，流量80升/分，氫氣為次氣，流量4.5升/分，氬氣為載氣，流量6.5升/分，電流550Α，功率35kw，噴涂距離11Omm，基材轉(zhuǎn)速190轉(zhuǎn)/分。即可在基材上獲得大片層石墨稀。
【主權(quán)項】
1.一種制備石墨烯的新方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備可膨脹石墨:以天然鱗片石墨為原料，選取適當(dāng)?shù)牟鍖觿┖脱趸瘎ζ溥M(jìn)行插層，干燥后獲得可膨脹石墨； (2)可膨脹石墨團(tuán)聚造粒:選取適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑，將可膨脹石墨進(jìn)行團(tuán)聚造粒，篩分獲得粒徑適宜的可膨脹石墨； (3)等離子噴涂獲得石墨烯:將團(tuán)聚造粒后的可膨脹石墨進(jìn)行等離子噴涂，在旋轉(zhuǎn)的基材表面獲得石墨烯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中以體積比3:1的濃硝酸、濃硫酸混合溶液為插層劑，以氯酸鉀為氧化劑，每克石墨添加3-5ml插層劑和10-15wt%氧化劑，常溫水浴1-2小時，對天然鱗片石墨進(jìn)行插層，干燥后獲得可膨脹石墨。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中以清漆為粘結(jié)劑，每克石墨加0.1-1ml粘結(jié)劑，對可膨脹石墨進(jìn)行團(tuán)聚造粒，篩分獲得粒度在45-109μπι的可膨脹石墨。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中噴涂工藝參數(shù)為:主氣流量40-90L/min，次氣流量2.5_5L/min，載氣流量4.0-7.0L/min，電流320A-550A，功率25_38kw，噴涂距離 80_150111111，基材轉(zhuǎn)速為140-2001'/111；[11。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備石墨烯的新方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：對天然鱗片石墨進(jìn)行插層，制備可膨脹石墨，對可膨脹石墨進(jìn)行團(tuán)聚造粒，篩分獲得球形粒徑適宜的可膨脹石墨，對其進(jìn)行等離子噴涂，在基材上得到石墨烯。本發(fā)明利用高能等離子焰流較普通加熱方式更快地加熱可膨脹石墨，使含氧官能團(tuán)在極短時間內(nèi)迅速分解，產(chǎn)生更高的沖擊力，從而直接剝離石墨片層，免去了超聲波分離等步驟，從而更快捷地獲得大片層石墨烯。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105540579
【申請?zhí)枴緾N201610144930
【發(fā)明人】高峰, 胡宇, 侯偉驁, 王蘆燕, 崔云濤, 李振鐸
【申請人】北京礦冶研究總院, 北礦新材科技有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年3月14日