本發(fā)明碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯型材的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)，并且只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯在很多方面都展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，比如石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，其透光性非常好；石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石；石墨烯常溫下的電子遷移率超過15000cm²/V·s，高于納米碳管和硅晶體；石墨烯的電阻率只有10^-6Ω·cm，比銅或銀更低，是目前電阻率最小的材料；此外石墨烯也是目前最薄卻最堅(jiān)硬的材料。將石墨烯制備成粉體更有利于石墨烯的應(yīng)用，如石墨烯材料粉體可用作膨脹劑材料的添加劑，提高膨脹劑材料的電學(xué)性能和力學(xué)強(qiáng)度，石墨烯材料粉體具有廣闊的應(yīng)用前景。

石墨烯本身是具備鍵鏈接規(guī)律的超級二維結(jié)構(gòu)，理論上，石墨烯可以被連成片狀、管狀、線性材料。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，很難獲取具備可視條件的型材。目前的生產(chǎn)技術(shù)獲得的石墨烯成品都以納米球，納米管或者層疊式納米疊合物，通過介質(zhì)附著方式應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

石墨烯通過有機(jī)物熔合形成的應(yīng)用材料，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到推廣，石墨烯復(fù)合纖維，石墨烯金屬復(fù)合材料等已經(jīng)成為石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的主要方式，但是鑒于這些材料受到復(fù)合體基材的物理效應(yīng)影響，導(dǎo)致石墨烯本身的使用屬性得不到應(yīng)用或者大打折扣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有石墨烯很難獲取具備可視條件的型材的問題，本發(fā)明提出一種石墨烯型材的制備方法，其將石墨烯納米級制品的物理形態(tài)，提升到線性或者 具備晶格構(gòu)造性的有機(jī)中間體形態(tài)，為石墨烯產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域拓展應(yīng)用空間。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種石墨烯型材的制備方法，包括以下步驟：

1)將化學(xué)氣相沉積法獲得生長在鎳基體表面的石墨烯混合物溶解于有機(jī)溶劑中，得到液體原料；

2)將步驟1)得到的原料加入水合肼中在78-82℃反應(yīng)得到產(chǎn)物；

3)將步驟2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行精餾得到與聚合物配位的石墨烯，并且其生長在鎳基體表面，然后進(jìn)行萃取將聚合物配位的石墨烯與金屬鎳分離；

4)將步驟3)萃取得到的聚合物配位的石墨烯，進(jìn)行蒸餾即得石墨烯型材。

進(jìn)一步，所述步驟1)生長在鎳基體表面的石墨烯混合物的獲得方法為：將醋酸在合成塔中進(jìn)行脫水得到酸酐，然后加入醋酸鎳，并通惰性氣體，然后加熱至350～380℃進(jìn)行聚合，得到醋酸酯聚合物以及生長在鎳基體表面的石墨烯的混合物。

進(jìn)一步，所述步驟1)中醋酸鎳的加入量為醋酸質(zhì)量的3～10％。

進(jìn)一步，所述步驟1)的有機(jī)溶劑為醋酸乙烯。

進(jìn)一步，所述液體原料的體積濃度為30％。

進(jìn)一步，所述液體原料在加入水合肼之前需要進(jìn)行勻質(zhì)處理。

進(jìn)一步，所述勻質(zhì)處理包括將液體原料送入反應(yīng)釜中，然后加入均質(zhì)劑，加熱到進(jìn)行攪拌均勻得到勻質(zhì)液體原料。

進(jìn)一步，所述均質(zhì)劑為鈦酸丁酯，其添加量為液體原料質(zhì)量的0.01～0.1％。

進(jìn)一步，所述水合肼的添加量為勻質(zhì)液體原料質(zhì)量的20％～100％，采用計(jì)量泵按照射流法，以0.5％/min～10％/min的速度噴射到勻質(zhì)液體原料中，機(jī)加攪拌速度R＝80r/min，壓力≤250KPa，得到產(chǎn)物。

進(jìn)一步，所述步驟3)精餾溫度為250～280℃，去除產(chǎn)物中未與石墨烯配位的甲基吡唑與乙酰肼，萃取溶劑為甲醇。

本發(fā)明中石墨烯型材其為石墨烯與高分子聚合物的配位鍵聚合物，在這里我們命名為芳構(gòu)石墨烯。

本發(fā)明中的石墨烯在芳構(gòu)體中以配位鍵方式鏈接在聚合物中，而不是以單體存在的，如果石墨烯這個(gè)時(shí)候以單體，也就是原子結(jié)構(gòu)體存在，那么在水解過程中是一定要產(chǎn)生碳析出；事實(shí)上我們的實(shí)驗(yàn)過程沒有出現(xiàn)此類析出，因此確認(rèn)這時(shí)候的石墨烯是以配位鍵離子狀態(tài)存在的。我們將石墨烯在有機(jī)芳構(gòu)體中的存在方式命名為C⁺₆。

根據(jù)不飽和芳構(gòu)烴成鍵理論，在有機(jī)物序列中的碳元素最低成鍵能基礎(chǔ)上，以C為主體結(jié)合H、N、O、的能力上，本發(fā)明選擇合適的C⁺₆成鍵方式來表達(dá)芳構(gòu)體有機(jī)物的使用屬性趨勢。在步驟2)中，利用吡唑雜環(huán)類有機(jī)聚合物作為有機(jī)載體的模版，通過金屬載體獲取C⁺₆所限定分子結(jié)合條件，為C⁺₆二維環(huán)提供成鍵趨勢。

本發(fā)明在尋求可以驅(qū)使單體的C^±2轉(zhuǎn)向C⁺₆的過程中，選擇具備雙鍵或者四鍵結(jié)合力的金屬為驅(qū)使對象，一般都在過渡元素Ⅷ族中尋找金屬或者衍生鹽作為載體，是鑒于該族元素所具備的2～5電子價(jià)位的多選擇性為C⁺₆的離子性沉積提供了自身可自由退出，循環(huán)使用的可能性。這種選擇的基礎(chǔ)是基于本發(fā)明制備的聚合體，僅僅在電子層位上將C⁺₆與雜環(huán)或者芳構(gòu)有機(jī)物以配位鍵方式組合為晶格相似共軛形態(tài)的芳構(gòu)石墨烯；而不是通過改變有機(jī)分子結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)石墨烯有機(jī)化。同時(shí)本發(fā)明利用第Ⅷ族過渡元素的多選擇性結(jié)合力，達(dá)到石墨烯成鍵載體循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)用最經(jīng)濟(jì)地制造C⁺₆的生產(chǎn)方式。

本發(fā)明以唑類物質(zhì)的五環(huán)結(jié)構(gòu)體為構(gòu)造中介將石墨烯配位到聚乙酰酯，其目的是利用雜環(huán)成型過程中的不同鍵位的量子需求能來確定石墨烯C⁺₆的方向，藉以此控制聚合體中石墨烯的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

1)將醋酸在合成塔中進(jìn)行脫水得到157℃形成酸酐，然后加入為醋酸質(zhì)量的3％醋酸鎳，并通惰性氣體，然后加熱至350℃進(jìn)行聚合，得到醋酸酯聚合物 以及生長在鎳基體表面的石墨烯的混合物，然后將該混合物加入到醋酸乙烯中，形成體積濃度為30％的液體原料；

2)將步驟1)得到的液體原料，加入液體原料質(zhì)量20％的水合肼，采用計(jì)量泵按照射流法，以0.5％/min～10％/min的速度噴射到勻質(zhì)液體原料中，機(jī)加攪拌速度R＝80r/min，壓力≤250KPa，得到產(chǎn)物；

3)將步驟2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行精餾，精餾溫度為280℃，去除產(chǎn)物中未與石墨烯配位的甲基吡唑與乙酰肼，得到與聚合物配位的石墨烯，并且其生長在鎳基體表面，然后用甲醇萃取將聚合物配位的石墨烯與金屬鎳分離；

4)將步驟3)萃取得到的聚合物配位的石墨烯，進(jìn)行蒸餾去除甲醇即得石墨烯型材。

實(shí)施例2

1)將醋酸在合成塔中進(jìn)行脫水得到157℃形成酸酐，然后加入為醋酸質(zhì)量的3％醋酸鎳，并通惰性氣體，然后加熱至380℃進(jìn)行聚合，得到醋酸酯聚合物以及生長在鎳基體表面的石墨烯的混合物，然后將該混合物加入到醋酸乙烯中，形成體積濃度為30％的液體原料；

2)將步驟1)得到的液體原料送入反應(yīng)釜中，然后加入鈦酸丁酯，加熱80℃進(jìn)行攪拌均勻得到勻質(zhì)液體原料，加入勻質(zhì)液體原料質(zhì)量40％的水合肼，采用計(jì)量泵按照射流法，以0.5％/min～10％/min的速度噴射到勻質(zhì)液體原料中，機(jī)加攪拌速度R＝80r/min，壓力≤250KPa，得到產(chǎn)物；

3)將步驟2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行精餾，精餾溫度為260℃，去除產(chǎn)物中未與石墨烯配位的甲基吡唑與乙酰肼，得到與聚合物配位的石墨烯，并且其生長在鎳基體表面，然后用甲醇萃取將聚合物配位的石墨烯與金屬鎳分離；

4)將步驟3)萃取得到的聚合物配位的石墨烯，進(jìn)行蒸餾去除甲醇即得石墨烯型材。

實(shí)施例3

1)將醋酸在合成塔中進(jìn)行脫水得到157℃形成酸酐，然后加入為醋酸質(zhì)量 的3％醋酸鎳，并通惰性氣體，然后加熱至370℃進(jìn)行聚合，得到醋酸酯聚合物以及生長在鎳基體表面的石墨烯的混合物，然后將該混合物加入到醋酸乙烯中，形成體積濃度為30％的液體原料；

2)將步驟1)得到的液體原料送入反應(yīng)釜中，然后加入鈦酸丁酯，加熱80℃進(jìn)行攪拌均勻得到勻質(zhì)液體原料，加入勻質(zhì)液體原料質(zhì)量80％的水合肼，采用計(jì)量泵按照射流法，以0.5％/min～10％/min的速度噴射到勻質(zhì)液體原料中，機(jī)加攪拌速度R＝80r/min，壓力≤250KPa，得到產(chǎn)物；

3)將步驟2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行精餾，精餾溫度為270℃，去除產(chǎn)物中未與石墨烯配位的甲基吡唑與乙酰肼，得到與聚合物配位的石墨烯，并且其生長在鎳基體表面，然后用甲醇萃取將聚合物配位的石墨烯與金屬鎳分離；

4)將步驟3)萃取得到的聚合物配位的石墨烯，進(jìn)行蒸餾去除甲醇即得石墨烯型材。

實(shí)施例4

1)將醋酸在合成塔中進(jìn)行脫水得到157℃形成酸酐，然后加入為醋酸質(zhì)量的3％醋酸鎳，并通惰性氣體，然后加熱至360℃進(jìn)行聚合，得到醋酸酯聚合物以及生長在鎳基體表面的石墨烯的混合物，然后將該混合物加入到醋酸乙烯中，形成體積濃度為30％的液體原料；

2)將步驟1)得到的液體原料送入反應(yīng)釜中，然后加入鈦酸丁酯，加熱80℃進(jìn)行攪拌均勻得到勻質(zhì)液體原料，加入勻質(zhì)液體原料質(zhì)量100％的水合肼，采用計(jì)量泵按照射流法，以0.5％/min～10％/min的速度噴射到勻質(zhì)液體原料中，機(jī)加攪拌速度R＝80r/min，壓力≤250KPa，得到產(chǎn)物；

3)將步驟2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行精餾，精餾溫度為250℃，去除產(chǎn)物中未與石墨烯配位的甲基吡唑與乙酰肼，得到與聚合物配位的石墨烯，并且其生長在鎳基體表面，然后用甲醇萃取將聚合物配位的石墨烯與金屬鎳分離；

4)將步驟3)萃取得到的聚合物配位的石墨烯，進(jìn)行蒸餾去除甲醇即得石墨烯型材。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。