一種石墨烯的球磨式制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于碳材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種顆粒均勻、尺寸小和表面積大的高質(zhì)量石墨烯材料的球磨式制備方法,將石墨和干冰按質(zhì)量比進(jìn)行配合，放于常規(guī)球磨機(jī)的球磨罐中進(jìn)行密封后固定在球磨機(jī)上，啟動(dòng)球磨機(jī)并以持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)球磨制得氧化石墨烯，再將制得的氧化石墨烯控溫200?1000攝氏度進(jìn)行，制得石墨烯產(chǎn)品，其方法綠色環(huán)保，制備出的石墨烯產(chǎn)品晶體結(jié)構(gòu)完整、比表面積高、品質(zhì)好，制造成本低，安全性好，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種石墨烯的球磨式制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明屬于碳材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨烯的制備方法，特別是一種顆粒均勾、尺寸小和表面積大的高質(zhì)量石墨稀材料的球磨式制備方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]石墨烯是已知的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的納米材料之一，是由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩晶體結(jié)構(gòu)，它牢固堅(jiān)硬，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%，石墨烯在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快，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。石墨烯的這些優(yōu)異性能使石墨烯在射頻晶體管、超靈敏傳感器、柔性透明導(dǎo)電薄膜、超強(qiáng)和高導(dǎo)電符合材料、高性能鋰離子電池、超級(jí)電容器等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有的石墨烯的制備方法中，主要包括化學(xué)氣相沉積法、表面外延生長(zhǎng)法及化學(xué)還原氧化法等制備石墨烯的方法，但是上述制備方法都有存在局限性，制約著石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)及廣泛應(yīng)用。如化學(xué)氣相沉積法需要用到氣相沉積設(shè)備、抽真空設(shè)備及表面波等離子體設(shè)備，這些設(shè)備都是實(shí)驗(yàn)室儀器，價(jià)格昂貴，且要求操作精度高，不能滿足工業(yè)的制作需要。再如表面外延生長(zhǎng)法，利用乙醇等含碳燃料的火焰在生長(zhǎng)有催化劑金屬納米晶層的基板上制取石墨烯;利用同時(shí)含有碳、氮元素的胺類液體產(chǎn)生的火焰，在相同的基板上直接制備氮摻雜的石墨烯，但是該方法不能夠大規(guī)模的生產(chǎn)，且不能很好的控制得到純石墨烯，因此也不能滿足工業(yè)的各種應(yīng)用需求。再如化學(xué)還原氧化法，需在冰浴的條件將石墨在攪拌下緩慢加入98%的濃硫酸，在緩慢加入高錳酸鉀后恒溫水浴，在緩慢加入去離子水后，加入雙氧水，過濾洗劑干燥得到氧化石墨烯。然后將吡啶與醇類有機(jī)溶劑混合，將氧化石墨超聲分散在上述混合溶液中，再將分散液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，120?200°C加熱反應(yīng)12?48h，得到石墨烯，該實(shí)驗(yàn)方法一方面是在通過石墨在強(qiáng)氧化劑的作用下，制備的氧化石墨烯還原后得到的石墨烯具有較大的缺陷，嚴(yán)重影響導(dǎo)電性;另一方面使用有機(jī)溶劑，容易引起環(huán)境污染，同時(shí)操作過程復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻。中國(guó)專利CN201110361135.7公開了一種新型的石墨烯制備方法，先把起催化作用的襯底放入反應(yīng)室中，將反應(yīng)室抽真空后向反應(yīng)室通入惰性的氣體，通過射頻輝光放電，激發(fā)反應(yīng)室內(nèi)的氣體產(chǎn)生等離子體，再向反應(yīng)室內(nèi)通入有機(jī)氣體來(lái)制備石墨烯。上述專利所述方法雖然可以使石墨烯的反應(yīng)溫度大大降低，同時(shí)也打破了傳統(tǒng)制備方法的局限性，但是制備工藝極為復(fù)雜，操作步驟繁多，還需要配合極高的操作精度，制備難度大，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。因此，尋求設(shè)計(jì)一種綠色環(huán)保，制備條件簡(jiǎn)單，能夠工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的石墨烯制備方法，很有市場(chǎng)前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種高質(zhì)量石墨烯的球磨式制備方法，以價(jià)格低廉且極易取得的石墨和干冰為原料，利用球磨機(jī)進(jìn)行球磨，制備出顆粒均勻、尺寸小和表面積大的高質(zhì)量石墨烯。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的石墨烯的制備具體工藝包括以下步驟:選擇市售的石墨和干冰(固態(tài)二氧化碳)產(chǎn)品，將石墨和干冰按質(zhì)量比為10:1-1:10進(jìn)行配合，放于常規(guī)球磨機(jī)的球磨罐中進(jìn)行密封后固定在球磨機(jī)上，啟動(dòng)球磨機(jī)并以10-1OOOrpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)球磨5_72h，制得球磨式氧化石墨烯，將制得的球磨式氧化石墨烯進(jìn)行熱處理，加熱處理溫度為200-1000攝氏度，制得石墨烯產(chǎn)品；所制得的石墨烯產(chǎn)品的粒徑尺寸小于150nm，厚度小于4nm，比表面積值大于600m2/g，具有吸附性能，能夠廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電池、導(dǎo)電油墨、潤(rùn)滑油和防腐涂料。
[0005]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，以干冰和石墨為原料，采用球磨機(jī)球磨的方法，制得球磨的氧化石墨烯，再通過熱處理工藝得到球磨石墨烯，制備過程中無(wú)需添加有機(jī)溶劑及強(qiáng)還原劑，制備方法綠色環(huán)保，制備出的石墨稀廣品晶體結(jié)構(gòu)完整、比表面積尚、品質(zhì)尚，同時(shí)制造成本低，安全性好，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
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[0006]圖1為本發(fā)明涉及的石墨烯的透射電鏡圖。
[0007]圖2為本發(fā)明涉及的石墨烯的原子力顯微鏡圖
[0008]圖3為本發(fā)明涉及的石墨烯的比表面積測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0009]下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0010]實(shí)施例1:
[0011]本實(shí)施例涉及的制備石墨烯的具體工藝包括以下步驟:稱量30g石墨和10g干冰放入球磨罐中，將放有石墨和干冰的球磨罐密封后固定在球磨機(jī)上，啟動(dòng)球磨機(jī)，以600rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)48h，制得球磨氧化石墨稀，將制得的氧化石墨稀在600攝氏度下熱處理，制得球磨石墨稀產(chǎn)品。
[0012]實(shí)施例2:
[0013]本實(shí)施例涉及的制備石墨烯的具體工藝包括以下步驟:稱量1g石墨和10g干冰放入球磨罐中，將放有石墨和干冰的球磨罐密封后固定在球磨機(jī)上，啟動(dòng)球磨機(jī)，以10rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)70h，制得球磨氧化石墨稀，將制得的氧化石墨稀在800攝氏度下熱處理，制得球磨石墨稀產(chǎn)品。
[0014]實(shí)施例3:
[0015]本實(shí)施例涉及的制備石墨烯的具體工藝包括以下步驟:稱量10g石墨和1g干冰放入球磨罐中，將放有石墨和干冰的球磨罐密封后固定在球磨機(jī)上，啟動(dòng)球磨機(jī)，以100rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)5h，制得球磨氧化石墨稀，將制得的氧化石墨稀在1000攝氏度下熱處理，制得球磨石墨稀產(chǎn)品。
[0016]實(shí)施例4:
[0017]本實(shí)施例涉及的制備石墨烯的具體工藝包括以下步驟:稱量50g石墨和50g干冰放入球磨罐中，將放有石墨和干冰的球磨罐密封后固定在球磨機(jī)上，啟動(dòng)球磨機(jī)，以500rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)50h，制得球磨氧化石墨稀，將制得的氧化石墨稀在400攝氏度下熱處理，制得球磨石墨烯產(chǎn)品。
[0018]實(shí)施例5:
[0019]本實(shí)施例對(duì)制得的石墨稀廣品的品質(zhì)進(jìn)彳丁檢測(cè):對(duì)所制備的石墨稀廣品做電鏡檢測(cè)，結(jié)果顯示石墨烯產(chǎn)品的粒徑尺寸小于150nm，如圖1中所示;對(duì)所制備的石墨烯產(chǎn)品進(jìn)行原子力顯微鏡檢測(cè)，結(jié)果顯示所制備的石墨烯產(chǎn)品的厚度小于4nm，如圖2所示;對(duì)所制備的石墨烯產(chǎn)品的比表面積進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示所制備的石墨烯產(chǎn)品的比表面積值大于600m2/g，如圖3所示，具有吸附性能，能夠廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電池、導(dǎo)電油墨、潤(rùn)滑油和防腐涂料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨稀的球磨式制備方法，其特征在于具體制備工藝包括以下步驟:選擇市售的石墨和干冰產(chǎn)品，將石墨和干冰按質(zhì)量比為10:1-1: 10進(jìn)行配合，放于球磨機(jī)的球磨罐中進(jìn)行密封后固定在球磨機(jī)上，啟動(dòng)球磨機(jī)并以10-1OOOrpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)球磨5-72h，制得球磨式氧化石墨烯，將制得的球磨式氧化石墨烯進(jìn)行熱處理，加熱處理溫度為200-1000攝氏度，制得石墨稀產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制得的石墨烯產(chǎn)品，其特征在于石墨烯產(chǎn)品粒徑尺寸小于150nm，厚度小于4nm，比表面積值大于600m2/g，具有吸附性能，能夠廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電池、導(dǎo)電油墨、潤(rùn)滑油和防腐涂料。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK106082195SQ201610436747
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】劉敬權(quán)
【申請(qǐng)人】青島大學(xué)