石墨烯納米帶的制備方法
【專利摘要】一種石墨烯納米帶的制備方法，包括以下步驟：將碳納米管加入混合酸中，回流反應(yīng)1小時(shí)~8小時(shí)后，過濾、洗滌后干燥得到腐蝕后的碳納米管，所述混合酸由濃硝酸及濃硫酸混合形成；將所述腐蝕后的碳納米管與離子液體混合形成混合液，將混合液以2KW~10KW的功率進(jìn)行超聲剝離；及將超聲剝離后的混合液過濾，使用溶劑洗滌濾渣，將濾渣干燥得到石墨烯納米帶。上述石墨烯納米帶的制備方法工藝簡(jiǎn)單。
【專利說明】石墨烯納米帶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯納米帶的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是2004年英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈.Κ.海姆(Andre K.Geim)等發(fā)現(xiàn)的一種二維碳原子晶體，并獲得2010年物理諾貝爾獎(jiǎng)，再次引發(fā)碳材料研究熱潮。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)使其成為碳材料、納米技術(shù)、凝聚態(tài)物理和功能材料等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，吸引了諸多科技工作者。單層石墨烯擁有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和低的熱膨脹系數(shù)，并且其理論比表面積高達(dá) 2630m2/g (A Peigney, Ch Laurent, et al.Carbon, 2001, 39, 507),可用于效應(yīng)晶體管、電極材料、復(fù)合材料、液晶顯示材料、傳感器等。石墨烯納米帶不僅有石墨烯的性能，還具備一些特殊的性能，例如其長(zhǎng)徑比比較大，可高達(dá)上千倍，在集成電路方面可代替銅導(dǎo)線，進(jìn)一步提高集成度，亦可對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性制備成開關(guān)器件。目前的石墨烯納米帶制備工藝較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要提供一種制備工藝簡(jiǎn)單的石墨烯納米帶的制備方法。
[0004]一種石墨烯納米帶的制備方法，包括如下步驟:
[0005]將碳納米管加入混合酸中，回流反應(yīng)I小時(shí)I小時(shí)后，過濾、洗滌后干燥得到腐蝕后的碳納米管，所述混合酸由濃硝酸及濃硫酸混合形成；
[0006]將所述腐蝕后的碳納米管與離子液體混合形成混合液，將混合液以2KW~10KW的功率進(jìn)行超聲剝離 '及
[0007]將超聲剝離后的混合液過濾，使用溶劑洗滌濾渣，將濾渣干燥得到石墨烯納米帶。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述濃硝酸與所述濃硫酸的體積比為1:0.5^1:5。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述回流反應(yīng)的溫度為120°C HC。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳納米管與所述混合酸的固液比為lg:10mL~lg:50mLo
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基_3，5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺及1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺中的至少一種。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述碳納米管與所述離子液體的固液比為Ig:1Oml~lg:1OOOml。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲剝離的時(shí)間為0.5小時(shí)~I小時(shí)。
[0014] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述使用溶劑洗滌濾渣時(shí)，先用1-甲基-2-吡咯烷酮及N，N-二甲基甲酰胺中的至少一種洗滌濾渣3飛次，再依次用丙酮、乙醇及去離子水洗滌。[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將濾渣在60°C~80°C下真空干燥至恒重。
[0016]上述石墨烯納米帶的制備方法，以碳納米管為原料，利用離子液體做溶劑，通過酸腐蝕與超聲切割相結(jié)合的方法，快速制得石墨烯納米帶，其制備工藝簡(jiǎn)單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為一實(shí)施方式的石墨烯納米帶的制備方法的流程圖；
[0018]圖2為實(shí)施例1所制備的石墨烯納米帶的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0020]請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)施方式的石墨烯納米帶的制備方法，包括如下步驟:
[0021]步驟S110、將碳納米管加入混合酸中，回流反應(yīng)I小時(shí)I小時(shí)對(duì)所述碳納米管進(jìn)行腐蝕，過濾、洗滌后干燥得到腐蝕后的碳納米管，所述混合酸由濃硝酸及濃硫酸混合形成。
[0022]該步驟中，對(duì)碳納米管進(jìn)行酸腐蝕，在腐蝕的過程中，碳納米管表面的缺陷部位得到優(yōu)先腐蝕，因而使得缺陷部位顯露出來出現(xiàn)宏觀缺口，有利于后續(xù)處理。
[0023]優(yōu)選的，碳納米管選自單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的至少一種。
[0024]優(yōu)選的，納米管與混合酸的固液比為Ig:1OmL~Ig:50mL。
[0025]優(yōu)選的，濃硝酸與濃硫酸的體積比為1:0.5^1:5。
[0026]優(yōu)選的，回流反應(yīng)的溫度為120°C~140°C。
[0027]優(yōu)選的，濃硝酸的質(zhì)量濃度為98%，濃硝酸的質(zhì)量濃度為65%。
[0028]優(yōu)選的，干燥在真空烘箱中進(jìn)行，將碳納米管干燥至恒重。
[0029]步驟S120、將腐蝕后的碳納米管與離子液體混合形成混合液，將混合液以2KW~IOKW的功率進(jìn)行超聲剝離。
[0030]該步驟中，超聲剝離屬于物理切割，進(jìn)對(duì)切口處產(chǎn)生一些破壞，碳納米管的其他部分不會(huì)受到破壞。
[0031]優(yōu)選的，離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(EtMeImBF4)U-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺(EtMeImN(CF3SO2)2)U-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF3SO3)U-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸(EtMeImCF3CO2)U-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳(EtMeImC (CF3SO2) 3)、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亞胺(EtMeImN (C2F5SO2) 2)、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮(EtMeImN(CN)2)、l-乙基-3，5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺(l-Et-3，5-Me2ImN (CF3SO2) 2)、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺(1，3-Et2-4-MeImN(CF3SO2)2)及 1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺(1，3-Et2-5_MeImN(CF3SO2)2)中的至少一種。
[0032]優(yōu)選的，碳納米管與離子液體的固液比為Ig:10mf lg: 1000ml。[0033]優(yōu)選的，超聲剝離的時(shí)間為0.5小時(shí)~2小時(shí)。
[0034]步驟S130、將超聲剝離后混合液過濾，使用溶劑洗滌濾渣，將濾渣干燥得到石墨烯納米帶。
[0035]優(yōu)選的，使用溶劑洗滌濾渣時(shí)，先用1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)及N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的至少一種洗滌濾渣3飛次，再依次用丙酮、乙醇及去離子水洗滌。
[0036]優(yōu)選的，干燥在60°C~80°C的真空干燥箱中進(jìn)行，干燥至恒重。
[0037]上述石墨烯納米帶的制備方法，以碳納米管為原料，利用離子液體做溶劑，通過酸腐蝕與超聲切割相結(jié)合的方法，快速制得石墨烯納米帶，其制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)；離子液體有很好的分散效果，剝離后防止石墨烯納米帶團(tuán)聚，提高剝離效率；對(duì)碳納米管進(jìn)行酸腐蝕，在腐蝕的過程中，碳納米管表面的缺陷部位得到優(yōu)先腐蝕，因而使得缺陷部位顯露出來出現(xiàn)宏觀缺口，有利于后續(xù)超聲分割處理，超聲切割屬于物理切割，進(jìn)對(duì)切口處產(chǎn)生一些破壞，碳納米管的其他部分不會(huì)受到破壞，超聲切割功率大，能將碳納米管較好的切割，所得石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)完整、產(chǎn)量高、分散性好、尺寸均勻、長(zhǎng)徑比較大。[0038]以下結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明。
[0039]實(shí)施例1
[0040]本實(shí)施例制備石墨烯納米帶的步驟如下:
[0041]1.先將IOg多壁碳納米管裝在三口瓶里，然后加入0.1L68%硝酸與98%硫酸體積比為1:5的混合酸，在120°C中回流8小時(shí)，取出，過濾至溶液中性，然后在真空干燥箱里干燥至恒重，備用。
[0042]2.干燥好的碳納米管放到不銹鋼杯里，按碳納米管與離子液體的固液比為Ig:IOmL混合，再將不銹鋼杯移到功率為IOkW的大功率超聲粉碎機(jī)里剝離，超聲0.5小時(shí)；
[0043]3.將超聲好的碳納米管過濾一次，然后再用NMP清洗3~6次，然后再用丙酮、乙醇、去離子水各清洗過濾一次，并于60~100°C真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯納米帶。
[0044]請(qǐng)參閱圖2，圖2所示為實(shí)施例1制備的石墨烯納米帶的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。從圖2中可以看出制備的石墨烯納米帶的寬度均勻，約為80~lOOnm，長(zhǎng)徑比約為20~300。
[0045]實(shí)施例2~11
[0046]實(shí)施例2~11制備石墨烯納米帶的步驟與實(shí)施例1大致相同，其不同在于實(shí)施例2^11制備過程中的參數(shù)及制備的石墨烯納米帶的參數(shù)如表1所示。
[0047]表1
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將碳納米管加入混合酸中，回流反應(yīng)I小時(shí)I小時(shí)后，過濾、洗滌后干燥得到腐蝕后的碳納米管，所述混合酸由濃硝酸及濃硫酸混合形成； 將所述腐蝕后的碳納米管與離子液體混合形成混合液，將混合液以2KW~10KW的功率進(jìn)行超聲剝離；及 將超聲剝離后的混合液過濾，使用溶劑洗滌濾渣，將濾渣干燥得到石墨烯納米帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述濃硝酸與所述濃硫酸的體積比為1:0.5^1:5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述回流反應(yīng)的溫度為 120。。~140。。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述碳納米管與所述混合酸的固液比為Ig:1OmL~Ig:50mL。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基_3，5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺、1，3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺及1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亞胺中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述碳納米管與所述離子液體的固液比為1g =1Omrig:1OOOml0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述超聲剝離的時(shí)間為0.5小時(shí)~t1小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述使用溶劑洗滌濾渣時(shí)，先用1-甲基-2-吡咯烷酮及N，N-二甲基甲酰胺中的至少一種洗滌濾渣3飛次，再依次用丙酮、乙醇及去離子水洗滌。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯納米帶的制備方法，其特征在于，所述將濾渣在600C~80°C下真空干燥至恒重。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103910353SQ201310005729
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月8日
【發(fā)明者】周明杰, 袁新生, 王要兵, 鐘輝 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司