一種高度分散的氧化石墨烯納米帶液的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于碳納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]2004年，石墨烯被發(fā)明，由于其具有高強(qiáng)度(2.9 μΝ/lOOnm2)和高硬度(楊氏模量可接近1.0TPa,斷裂強(qiáng)度高達(dá)130GPa)、極高的載流子移動(dòng)速率(約200，OOOcm2.VH、優(yōu)于碳納米管且十倍于銅的熱導(dǎo)率(5300W.HT1IT1)、超常比表面積(高達(dá)2630m2/g的理論值)等等優(yōu)良性質(zhì)，應(yīng)用前景廣闊，引起了了人們對(duì)它的極大興趣。
[0003]石墨烯納米帶是具有較大縱橫比的帶狀石墨烯，它繼承了石墨烯優(yōu)良性質(zhì)，同時(shí)又具有其特有的半導(dǎo)體性能。因此，石墨烯納米帶在超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、傳感器件等新型電子器件、納米電子器件與集成電路、復(fù)合材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]現(xiàn)有的制備石墨烯納米帶的制備方法主要有堿金屬納米顆粒切割、溫差切割等方法。堿金屬納米顆粒切割法是在退火過(guò)程中的刻蝕作用切割石墨烯，制備石墨烯納米帶。這種方法生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，產(chǎn)量低，成本高，不適用于工業(yè)宏量制備的需求。溫差切割法是使用高溫、低溫依次處理由酸堿預(yù)處理碳納米管，制備石墨烯納米帶。這種方法需要強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和低溫環(huán)境，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求高，生產(chǎn)成本高，也不適于工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的石墨烯納米帶制備方法產(chǎn)率低、難以宏量制備、操作過(guò)于繁瑣的問(wèn)題，提供一種易操作、易于規(guī)?；a(chǎn)的石墨烯納米帶液制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種高度分散的氧化石墨烯納米帶液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]I)碳納米管的切割:
[0008]1-1)將碳納米管加入到濃硫酸中，室溫?cái)嚢鐸?24小時(shí)，得到懸濁液I，所述碳納米管的質(zhì)量(g):所述硫酸體積(ml)為1: 50?2000。
[0009]1-2)向懸濁液I中加入高錳酸鉀，攪拌，得到懸濁液II。步驟1-1)中所述碳納米管的質(zhì)量(g)與1-2)中所述高錳酸鉀質(zhì)量(g)之比為1:1?20。
[0010]1-3)從所述懸濁液II中分離出固體殘余物。
[0011]2)石墨烯納米帶的超臨界分散:
[0012]2-1)配置無(wú)水乙醇和水的混合溶液。無(wú)水乙醇和水的比例為I?10: I
[0013]2-2)將步驟I)所得的固體加入到混合溶液中，超聲振蕩0.5_2h使其分散均勻，得到懸濁液III。
[0014]2-3)將懸濁液III置于高壓容器中，加熱懸濁液III，使其在超臨界條件反應(yīng)I?8小時(shí)，得到高度分散的石墨稀納米帶液。
[0015]進(jìn)一步，步驟1-1)中，所述碳納米管選自單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
[0016]進(jìn)一步，步驟1-1)所述濃硫酸濃度為70wt%? 98wt%，
[0017]進(jìn)一步，步驟1-2)中，向懸濁液I中加入高錳酸鉀后，對(duì)“懸濁液1-高錳酸鉀”體系攪拌過(guò)程中，先是在室溫條件下對(duì)所述體系進(jìn)行攪拌，然后是在加熱至60-90°C下對(duì)所述體系進(jìn)行攪拌，最后是在冰浴零度的條件下對(duì)所述體系進(jìn)行攪拌。
[0018]進(jìn)一步，步驟1-3)中，從所述懸濁液II中分離出固體的具體過(guò)程是:
[0019]先用抽濾的方式從懸濁液II分離出固體殘余物，然后用去離子水反復(fù)清洗懸濁液II，直至濾液的pH值為7。
[0020]進(jìn)一步，步驟2-3)所述的高壓容器中充入了壓力為6?30Mpa的超臨界流體。
[0021]加熱懸濁液III后，高壓容器內(nèi)的壓力為6?30Mpa，溫度為300?650°C。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種高度分散的石墨烯納米帶液的制備方法，用氧化性酸和氧化劑對(duì)碳納米管進(jìn)行物理化學(xué)切割，再用水-乙醇-二氧化碳超臨界體系對(duì)切割產(chǎn)物進(jìn)行超臨界分散，制備出高度分散的石墨烯納米帶液。與現(xiàn)有技術(shù)相比，整個(gè)生產(chǎn)工藝有利于工業(yè)化生產(chǎn)，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉。超臨界分散工藝所用的水、二氧化碳、乙醇易于獲取，環(huán)境友好，無(wú)毒無(wú)害。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，環(huán)境友好，制備出的石墨烯納米帶具有優(yōu)秀的電學(xué)性能，尤其在儲(chǔ)能材料、吸附材料、微電子器件中有很大應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為實(shí)施例1制備的尚度分散的石墨稀納米帶液照片。
[0024]圖2為實(shí)施例1制備的石墨烯納米帶的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]I)碳納米管的切割:
[0028]1-1)將碳納米管加入到濃硫酸中，室溫?cái)嚢?4小時(shí)，得到懸濁液I，所述碳納米管的質(zhì)量(g):所述硫酸體積(ml)為1: 400 ;所述碳納米管選自單壁碳納米管。所述濃硫酸濃度為70wt%。
[0029]1-2)向懸濁液I中加入高錳酸鉀，室溫下混合攪拌10小時(shí)，然后將混合液加熱至85°C持續(xù)攪拌4小時(shí)，然后將混合液轉(zhuǎn)移至冰浴環(huán)境中在零度條件下攪拌I小時(shí)，得到懸濁液II;步驟1-1)中所述碳納米管的質(zhì)量與1-2)中所述高錳酸鉀質(zhì)量之比為1: 7.95;
[0030]1-3)將所述懸濁液II中抽濾分離出固體殘余物，用蒸餾水洗滌所得的固體殘余物，直至濾液的pH值=7為止；
[0031]2)石墨烯納米帶液的超臨界分散:
[0032]2-1)按照無(wú)水乙醇和水的體積比為10: I的配比混合溶液；
[0033]2-2)將步驟I)所得的固體物質(zhì)加入到無(wú)水乙醇和水的混合溶液中，室溫下在振蕩頻率為10Hz條件下超聲振蕩2h，使其分散均勻，得到懸濁液III ；
[0034]2-3)將懸濁液III置于充入二氧化碳的高壓容器中，加熱懸濁液III直至高壓容器內(nèi)的壓力為7.4Mpa，溫度為304°C保持超臨界反應(yīng)6小時(shí)，然后自然冷卻，即得到高度分散的石墨稀納米帶液。石墨稀納米帶液中的石墨稀納米帶如附圖2。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]I)碳納米管的切割:
[0037]1-1)將碳納米管加入到濃硫酸中，室溫?cái)嚢鐸小時(shí)，得到懸濁液I，所述碳納米管的質(zhì)量(g):所述硫酸體積(ml)為1: 50 ;所述碳納米管選自單壁碳納米管。所述濃硫酸濃度為80wt%。
[0038]1-2)向懸濁液I中加入高錳酸鉀，室溫下混合攪拌I小時(shí)，然后將混合液加熱至60°C持續(xù)攪拌I小時(shí)，然后將混合液轉(zhuǎn)移至冰浴環(huán)境中在零度條件下攪拌lOmin，得到懸濁液II ;所