一種制備大尺寸石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用機(jī)械法制備石墨烯的方法，具體是一種制備大尺寸石墨烯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前石墨烯的制備方法主要有機(jī)械法、氧化法、基片生長(zhǎng)法和液相法，其中機(jī)械法是直接采用機(jī)械解理從塊狀石墨剝離出石墨烯的方法，這種機(jī)械解理可制備出高質(zhì)量和大尺寸的石墨烯，但是效率和產(chǎn)量都極低，很難獲得大量的大尺寸石墨烯，自膠帶黏貼的微機(jī)械解理法制備出石墨烯以后，機(jī)械方法基本沒(méi)有更大的進(jìn)展。
[0003]基于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有機(jī)械法制備石墨烯存在很難獲得大量的大尺寸石墨烯的問(wèn)題，提出一種制備大尺寸石墨烯的方法，可以方便地制備出大量大尺寸的石墨烯。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種制備大尺寸石墨烯的方法，包括如下的步驟:
1)將有尖角的塊狀石墨放置在射流機(jī)前，該尖角對(duì)應(yīng)射流機(jī)的噴口；
2)啟動(dòng)射流機(jī)，將包含有小尺寸原初石墨烯的流體噴射到塊狀石墨的尖角上，持續(xù)噴射到兩層石墨片之間嵌入有原初石墨烯；
3)取下被噴射處理過(guò)的塊狀石墨，清理塊狀石墨上表面和下表面上的殘余流體；
4)從塊狀石墨嵌有原初石墨烯的尖角一端開(kāi)始，粘貼后逐層撕扯出石墨烯；
5)重復(fù)步驟4)，直到獲得足夠多的石墨烯。
[0006]這樣設(shè)置后，可以只處理尖角處很小面積的端面，就能通過(guò)撕扯的方法得到期望面積的石墨烯，此方法可以方便地制作出大尺寸的石墨烯。
[0007]進(jìn)一步地，所述塊狀石墨為尚定向熱解石墨。尚定向熱解石墨中的雜質(zhì)含量低，片層結(jié)構(gòu)非常規(guī)范，可以連續(xù)制備出大尺寸的石墨烯。
[0008]進(jìn)一步地，所述流體的主體物質(zhì)為水、乙醇或者其他有機(jī)溶劑。
[0009]進(jìn)一步地，所述流體中還包含有表面活性劑。在石墨片間嵌入原初石墨烯后，表面活性劑進(jìn)入石墨片間，從而阻止石墨片之間的結(jié)合，進(jìn)一步分離石墨片。
[0010]所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮或者吐溫80。這些表面活性劑都是環(huán)境友好型的物質(zhì)，對(duì)操作者無(wú)毒性。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述射流機(jī)有流體收集裝置和過(guò)濾裝置，被收集并過(guò)濾后的流體被重新利用，從射流機(jī)的噴口噴出，射向塊狀石墨。這樣可以循環(huán)使用噴射的流體，達(dá)到設(shè)備小型化的效果。
[0012]進(jìn)一步地，在步驟2)之前對(duì)塊狀石墨的尖角臨近頂角一端的端面進(jìn)行鏡面拋光。形成一個(gè)表面粗糙度很高的光滑平面，有利于原初石墨烯嵌入到石墨片層之間。
[0013]本發(fā)明的原理是:石墨是由多層石墨片堆疊組成的物體，層間的距離約為0.335nm，這個(gè)距離很小，甚至小于很多物質(zhì)原子和分子的直徑，因此在通常條件下很少有物質(zhì)能夠進(jìn)入到石墨層之間。石墨烯的厚度只有一個(gè)碳原子直徑大小，也就是約0.18nm，小于石墨的層間距離。利用石墨烯本身厚度只有一個(gè)原子直徑大小的特點(diǎn)，同時(shí)利用石墨烯超高的硬度和強(qiáng)度，通過(guò)射流的流體裹挾，將一些原初石墨烯嵌入到石墨層的片層之間，讓原來(lái)緊密的石墨片層出現(xiàn)缺陷，從而讓單層石墨片即石墨烯從石墨中剝離出來(lái)；另外由于原初石墨烯的干擾，給粒子尺寸較大的流體如水和表面活性劑得以進(jìn)入到石墨片層之間的機(jī)會(huì)，進(jìn)一步破壞了石墨片層之間的范德華力，在流體的沖擊下，單片或者少量片層的石墨烯從石墨中分離出來(lái)。另外由于石墨烯是強(qiáng)度非常高的材料，只要有一個(gè)小小的著力點(diǎn)，并且把這個(gè)著力點(diǎn)作為尖角的頂點(diǎn)，就能以這個(gè)頂點(diǎn)為起點(diǎn)，逐漸地?cái)U(kuò)大石墨烯形成的尖角面積，當(dāng)這個(gè)尖角面積足夠大時(shí)，就可以撕扯出更大面積的三角形、多邊形、圓形或者其他形狀的石墨烯來(lái)，當(dāng)然了，制造商可以事先制造好塊狀石墨的總體平面形狀，制備出自己需要的各種形狀的大面積、大尺寸的石墨烯來(lái)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:1、通過(guò)在塊狀石墨上制作處尖角，以小面積的尖角頂角為起點(diǎn)，制作出大面積的石墨烯，起到“以小博大”的效果;2、通過(guò)將原初石墨烯嵌入到石墨片層間，破壞了塊狀石墨的原有結(jié)構(gòu)，使得石墨烯從塊狀石墨中剝離出來(lái);3、通過(guò)表面活性劑的分散作用，加速了塊狀石墨片層的分離;4、采用無(wú)毒性的表面活性劑，能夠讓制備過(guò)程產(chǎn)生的污染物質(zhì)減少，對(duì)環(huán)境和人員都有益;5、流體循環(huán)使用，可以使得制備裝置小型化;6、對(duì)塊狀石墨的端面和形狀進(jìn)行預(yù)先處理，可以提高制備效率和獲得期望尺寸、形狀的產(chǎn)品。
[0015]
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明對(duì)塊狀石墨進(jìn)行噴射的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明所采用塊狀石墨一個(gè)實(shí)施例的外觀示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明原初石墨烯嵌入石墨片層間的示意圖。
[0019]其中10-塊狀石墨，11-石墨片，111-石墨片上的碳原子，12-尖角，121-端面，20-射流機(jī)，21-噴口，30-流體，31-流體主體物質(zhì)的粒子，32-原初石墨稀,321 -原初石墨稀上的碳原子，33-表面活性劑的粒子。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明一種射流制備石墨烯的方法做進(jìn)一步地說(shuō)明，在本發(fā)明中涉及到的一些名詞，都具有本領(lǐng)域內(nèi)常用的技術(shù)含義，除非本發(fā)明中有特別申明的名詞。在本發(fā)明中，塊狀石墨是成塊狀的石墨;流體主體物質(zhì)是包含有多種物質(zhì)的流體中的主要物質(zhì)成分，通常是液態(tài)的物質(zhì)，如水、乙醇或其他有機(jī)溶劑等，如果技術(shù)允許，它也不排斥其他形態(tài)的物質(zhì)，例如氣體;原初石墨烯是投入進(jìn)流體中的小尺寸石墨烯，其用于嵌入到石墨片間，原初石墨稀與新制備出來(lái)的石墨稀是同一成分。
[0021 ]如圖1-3所示，一種制備大尺寸石墨烯的方法，包括如下的步驟:
1)將有尖角12的塊狀石墨10放置在射流機(jī)20前，該尖角12對(duì)應(yīng)射流機(jī)20的噴口21;
2)啟動(dòng)射流機(jī)20，將包含有小尺寸原初石墨烯32的流體30噴射到塊狀石墨10的尖角12上，持續(xù)噴射到兩層石墨片之間嵌入有原初石墨烯32; 3)取下被噴射處理過(guò)的塊狀石墨10，清理塊狀石墨10上表面和下表面上的殘余流體
30；
4)從塊狀石墨10嵌有原初石墨稀32的尖角12—端開(kāi)始，粘貼后逐層撕扯出石墨?。?br> 5)重復(fù)步驟4)，直到獲得足夠多的石墨烯。