一種制備含石墨烯的納米紙的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備含有石墨烯的納米紙的方法，具體為：A.制備氧化石墨烯的分散液；B.在上述氧化石墨烯的分散液中加入穩(wěn)定劑，然后加入還原劑還原氧化石墨烯，制備穩(wěn)定的水性石墨烯分散液；C.制備碳納米管；D.分離碳納米管得到金屬性碳納米管的分散液，然后，加入氧化劑部分氧化該金屬性碳納米管；E.通過微濾膜過濾石墨烯分散液得到石墨烯薄膜；然后過濾部分氧化的金屬性碳納米管的分散液，得到其上沉積由碳納米管的石墨烯薄膜；F.重復(fù)上述步驟E，得到沉積在微濾膜上的多層交替沉積的石墨烯-碳納米管膜；G.碳化上述沉積在微濾膜上的多層膜，得到含有石墨烯的納米紙。
【專利說明】一種制備含石墨烯的納米紙的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備米紙的方法，具體涉及一種制備含石墨烯的納米紙的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]納米碳材料，包括二維的石墨烯(GS)或氧化石墨烯(GO)，一維的碳納米管(CNTs)，都屬于碳系家族的新寵兒。他們的發(fā)現(xiàn)對(duì)整個(gè)科學(xué)界都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，其中石墨烯于2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這些納米碳材料在力學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)等方面突出顯著的優(yōu)點(diǎn)。如碳納米管具有一維納米中空結(jié)構(gòu)、高長(zhǎng)徑比、優(yōu)異機(jī)械性能和導(dǎo)電性能；石墨烯是厚度只有單個(gè)或幾個(gè)原子，大小卻可達(dá)幾個(gè)甚至幾十微米的二維納米薄膜，導(dǎo)電性好，機(jī)械強(qiáng)度高；這些碳納米材料在合成高機(jī)械強(qiáng)度和高導(dǎo)電性的復(fù)合材料、用作儲(chǔ)氫和儲(chǔ)能材料、傳感器和催化材料等方面有著許多潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]碳紙?jiān)陔姵仡I(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，然而，這些材料基于宏觀材料制備，其性能受到限定，難以滿足越來越苛刻的需求，而石墨烯的導(dǎo)電性能優(yōu)異，在電池等領(lǐng)域的應(yīng)用尤其受到關(guān)注，如果將石墨烯制備成碳紙用于電池等領(lǐng)域，無疑有利于提高其性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種含有石墨烯的納米紙的制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]A.制備氧化石墨烯的分散液；
[0007]B.在上述氧化石墨烯的分散液中加入穩(wěn)定劑，然后加入還原劑還原氧化石墨烯，制備穩(wěn)定的水性石墨烯分散液；
[0008]C.制備碳納米管；
[0009]D.分離碳納米管得到金屬性碳納米管的分散液，然后，加入氧化劑部分氧化該金屬性碳納米管；
[0010]E.通過微濾膜過濾石墨烯分散液得到石墨烯薄膜；然后過濾部分氧化的金屬性碳納米管的分散液，得到其上沉積由碳納米管的石墨烯薄膜；
[0011]F.重復(fù)上述步驟E，得到沉積在微濾膜上的多層交替沉積的石墨烯-碳納米管膜；
[0012]G.碳化上述沉積在微濾膜上的多層膜，得到含有石墨烯的納米紙。
[0013]進(jìn)一步的，本申請(qǐng)中穩(wěn)定劑可以為堿，或者表面活性劑。
[0014]進(jìn)一步的，所述堿為氨水，氫氧化鈉，或者氫氧化鉀。優(yōu)選氨水。
[0015]進(jìn)一步的，所述表面活性劑為烷基季銨鹽或者聚苯乙烯磺酸鈉。
[0016]進(jìn)一步的，所述分離碳納米管包括使用凝膠吸附的方式分離。
[0017]進(jìn)一步的，所述氧化劑為硝酸或高錳酸鉀或雙氧水。
[0018]本申請(qǐng)利用了低維度碳納米材料的維度性質(zhì)，以及其高導(dǎo)電的性質(zhì),制備成含有石墨烯的納米紙，石墨烯在平面上鋪展，而碳納米管表面經(jīng)過部分氧化，含有羥基等含氧基團(tuán)，其與石墨烯表面的含氧基團(tuán)在干燥碳化過程中形成大量的氫鍵或脫水形成氧橋，促進(jìn)了碳納米管與石墨烯的結(jié)合，又通過交替沉積的過程，使碳納米管充當(dāng)了纖維的作用，起到了使該含有石墨烯的納米紙韌性提高的作用。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0020]實(shí)施例1
[0021]使用改進(jìn)的哈莫斯法制備氧化石墨烯，得到氧化石墨烯的分散液，其中加入25%的氨水，加入量為每g氧化石墨烯大約為5-25g，然后加入化學(xué)計(jì)量的水合肼，超聲還原。
[0022]任意方法制備碳納米管，將其分散到去離子水中，比例為Ig碳納米管20ml去離子水，超聲分散，將該分散液通過填充有瓊脂糖凝膠的分離柱，多次分離后，選擇濾液，加入0.05g每g碳納米管的氧化劑硝酸(質(zhì)量濃度為30% )，超聲。
[0023]選擇高分子微濾膜，孔徑約0.2微米，直徑5mm，使石墨烯分散液過濾沉積在微濾膜表面，然后再沉積金屬性碳納米管分散液，使其沉積在石墨烯膜的表面。
[0024]重復(fù)上述沉積步驟，得到多層沉積的膜，膜厚200nm，需要指出的是，厚度為可以根據(jù)需要選擇。
[0025]碳化上述沉積在微濾膜上的多層膜，得到含有石墨烯的納米紙。
[0026]實(shí)施例2
[0027]使用改進(jìn)的哈莫斯法制備氧化石墨烯，得到氧化石墨烯的分散液，其中加入25%的氫氧化鈉，加入量為每g氧化石墨烯大約為5-20g氫氧化鈉溶液，然后加入化學(xué)計(jì)量的水合肼，超聲還原。
[0028]任意方法制備碳納米管，將其分散到去離子水中，比例為Ig碳納米管20ml去離子水，超聲分散，將該分散液通過填充有瓊脂糖凝膠的分離柱，多次分離后，選擇濾液，加入0.05g每g碳納米管的氧化劑高錳酸鉀(質(zhì)量濃度為10%的溶液)，超聲。
[0029]選擇高分子微濾膜，孔徑約0.2微米，直徑5_，使石墨烯分散液過濾沉積在微濾膜表面，然后再沉積金屬性碳納米管分散液，使其沉積在石墨烯膜的表面。
[0030]重復(fù)上述沉積步驟，得到多層沉積的膜,膜厚250nm。
[0031]碳化上述沉積在微濾膜上的多層膜，得到含有石墨烯的納米紙。
[0032]實(shí)施例3
[0033]使用改進(jìn)的哈莫斯法制備氧化石墨烯，得到氧化石墨烯的分散液，其中加入25%的氫氧化鉀，加入量為每g氧化石墨烯大約為5-20g氫氧化鉀溶液，然后加入化學(xué)計(jì)量的硼氫化鈉，超聲還原。
[0034]任意方法制備碳納米管，將其分散到去離子水中，比例為Ig碳納米管20ml去離子水，超聲分散，將該分散液通過填充有瓊脂糖凝膠的分離柱，多次分離后，選擇濾液，加入0.05g每g碳納米管的氧化劑高錳酸鉀(質(zhì)量濃度為10%的溶液)，超聲。
[0035]選擇高分子微濾膜，孔徑約0.2微米，直徑5mm，使石墨烯分散液過濾沉積在微濾膜表面，然后再沉積金屬性碳納米管分散液，使其沉積在石墨烯膜的表面。
[0036]重復(fù)上述沉積步驟，得到多層沉積的膜,膜厚220nm。
[0037]碳化上述沉積在微濾膜上的多層膜，得到含有石墨烯的納米紙。
[0038]實(shí)施例4
[0039]使用改進(jìn)的哈莫斯法制備氧化石墨烯，得到氧化石墨烯的分散液，其中加入聚苯乙烯磺酸鈉(疏浚分子量為60000)，加入量為每g氧化石墨烯大約為9-15g，然后加入化學(xué)計(jì)量的硼氫化鈉，超聲還原。
[0040]任意方法制備碳納米管，將其分散到去離子水中，比例為Ig碳納米管20ml去離子水，超聲分散，將該分散液通過填充有瓊脂糖凝膠的分離柱，多次分離后，選擇濾液，加入
0.05g每g碳納米管的氧化劑高錳酸鉀(質(zhì)量濃度為10%的溶液)，超聲。
[0041]選擇高分子微濾膜，孔徑約0.2微米，直徑5mm，使石墨烯分散液過濾沉積在微濾膜表面，然后再沉積金屬性碳納米管分散液，使其沉積在石墨烯膜的表面。
[0042]重復(fù)上述沉積步驟，得到多層沉積的膜,膜厚200nm。
[0043]碳化上述沉積在微濾膜上的多層膜，得到含有石墨烯的納米紙。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，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)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備含石墨烯的納米紙的方法，其特征在于，具體步驟為: A.制備氧化石墨烯的分散液； B.在上述氧化石墨烯的分散液中加入穩(wěn)定劑，然后加入還原劑還原氧化石墨烯，制備穩(wěn)定的水性石墨烯分散液； C.制備碳納米管； D.分離碳納米管得到金屬性碳納米管的分散液，然后，加入氧化劑部分氧化該金屬性碳納米管； E.通過微濾膜過濾石墨烯分散液得到石墨烯薄膜；然后過濾部分氧化的金屬性碳納米管的分散液，得到其上沉積由碳納米管的石墨烯薄膜； F.重復(fù)上述步驟E，得到沉積在微濾膜上的多層交替沉積的石墨烯-碳納米管膜； G.碳化上述沉積在微濾膜上的多層膜，得到含有石墨烯的納米紙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備含石墨烯的納米紙的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定劑可以為堿，或者表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備含石墨烯的納米紙的方法，其特征在于，所述堿為氨水，氫氧化鈉，或者氫氧化鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備含石墨烯的納米紙的方法，其特征在于，所述堿為氨水。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備含石墨烯的納米紙的方法，其特征在于，所述表面活性劑為烷基季銨鹽或者聚苯乙烯磺酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備含石墨烯的納米紙的方法，其特征在于，所述分離碳納米管包括使用凝膠吸附的方式分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備含石墨烯的納米紙的方法，其特征在于，所述氧化劑為硝酸或高錳酸鉀或雙氧水。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104129779SQ201410298555
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】鐘傳新 申請(qǐng)人:桂林浩新科技服務(wù)有限公司