石墨烯制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及制作方法，尤其涉及一種石墨烯制備方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種新型碳材料，它是由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩晶體結構。石墨烯單層原子的排列，使得其是已知材料中最薄材料之一，且牢固堅硬；作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。石墨烯的這些優異性能使石墨烯在射頻晶體管、超靈敏傳感器、柔性透明導電薄膜、超強和高導電符合材料、高性能鋰離子電池、超級電容器等領域展現出巨大的應用前景。
[0003]現有的石墨烯的制備方法中，主要包括化學氣相沉積法、表面外延生長法及化學還原氧化法等制備石墨烯的方法；但是各種方法都有其局限性。
[0004]如化學氣相沉積法需要用到氣相沉積設備、抽真空設備及表面波等離子體設備，這些設備都是實驗室儀器，價格昂貴，且要求操作精度高，不能滿足工業的制作需要。
[0005]再如表面外延生長法，利用乙醇等含碳燃料的火焰在生長有催化劑金屬納米晶層的基板上制取石墨烯；利用同時含有碳、氮元素的胺類液體產生的火焰，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模的生產，且不能很好的控制得到純石墨烯，因此也不能滿足工業的各種應用需求。
[0006]再如化學還原氧化法，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，再將分散液轉移到高壓反應釜中，120?200°C加熱反應12?48h，得到石墨烯。該實驗方法一方面是在通過石墨在強氧化劑的作用下，制備的氧化石墨烯還原后得到的石墨烯具有較大的缺陷，嚴重影響導電性；另一方面使用有機溶劑，容易引起環境污染，同時操作過程復雜，實驗條件要求苛刻。
[0007]顯然提出一種能實現工業化大規模生產的石墨烯制備方法，是亟待解決的問題。
【發明內容】
[0008]有鑒于此，本發明實施例在于提供一種設備成本低、環境污染小、石墨烯的成品性能優越且有利于實現工業化的石墨烯制備方法。
[0009]為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:
[0010]本發明提供一種石墨烯制備方法，所述方法包括:
[0011]將石墨與表面活性劑溶解在水中形成混合溶液；其中，所述石墨的濃度為0.1mg.mL 1至Ij 14mg.mL \所述表面活性劑的濃度為0.lmg.mL 1到0.7mg.mL 1 ；
[0012]將所述混合溶液加入機械碾磨設備中碾磨，形成碾磨液；
[0013]靜置所述碾磨夜，形成第一上清液；
[0014]將所述第一上清液加入離心設備中進行離心處理，離心后獲取第二上清液；
[0015]過濾干燥所述第二上清液，獲取石墨烯。
[0016]優選地，所述表面活性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨的至少其中之一。
[0017]優選地,所述機械碾磨設備為電動石磨、膠體磨或電動磨粉機。
[0018]優選地，將所述混合液以流速為5L/h到30L/h加入到所述機械碾磨設備中碾磨。
[0019]優選地，將所述混合溶液在機械碾磨設備中碾磨12-72小時，形成所述碾磨液。
[0020]優選地，進行所述離心處理時，所述離心設備的轉速為4000?10000rpm/min。
[0021]優選地，進行所述離心處理時，離心時間為10?60min。
[0022]優選地，所述將石墨與表面活性劑溶解在水中形成混合溶液包括:
[0023]將石墨和表面活性劑混合均勻形成混合物；
[0024]將所述混合物溶劑在水中形成混合溶液。
[0025]本發明實施例所述的石墨烯制備方法，將石墨、表面活性劑及水形成混合溶液后，通過機械碾磨設備的碾磨所形成的機械剪切力將石墨層與層之間產生滑動并最終分離，形成大量大片的片層狀石墨烯；具有以下優點:
[0026]第一:制備過程中所用到的機械碾磨設備、離心設備為常見的工業生產設備，具有造價成本低的特點；
[0027]第二:溶劑為水，相對于現有方法中使用的其他化學溶劑具有污染小的優點；
[0028]第三:采用機械剪切力形成石墨烯，獲得純度高的石墨烯，對石墨烯的物理和化學性質影響小，從而石墨稀的品質有保證；
[0029]第四:由于制作設備及制備原料都很常見且成本低，從而有利于工業化大規模生產。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明實施例所述的石墨烯制備方法的流程示意圖；
[0031]圖2為本發明所述的混合溶液的制備方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0032]以下結合說明書附圖及具體實施例對本發明的技術方案做進一步的詳細闡述。
[0033]如圖1所示，本實施例提供一種石墨烯制備方法，所述方法包括:
[0034]步驟SllO:將石墨與表面活性劑溶解在水中形成混合溶液；其中，所述石墨的濃度為0.lmg.mL 1到14mg.mL \所述表面活性劑的濃度為0.lmg.mL 1到0.7mg.mL 1 ；
[0035]步驟S120:將所述混合溶液加入機械碾磨設備中碾磨形成碾磨液；
[0036]步驟S130:靜置所述碾磨夜,獲取所述碾磨液的上清液，形成第一上清液；
[0037]步驟S140:將所述第一上清液加入離心設備中進行離心處理，離心后獲取第二上清液；
[0038]步驟S150:過濾干燥所述第二上清液，獲取石墨烯。
[0039]石墨是元素碳的一種同素異形體，每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子(通常排列方式呈蜂巢式的多個六邊形)以共價鍵結合，構成單質；在本實施例中所述石墨為制作石墨烯的原料。所述表面活性劑是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質，在本實施例中所述表面活性劑優選為與石墨烯表面具有相似的表面能的活性劑；本實施例中的表面活性劑可以為十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨任意一種或多種。上述各種表面活性劑可以以任意配比混合使用，在混合溶液中保持在0.lmg.mL 1到O^mg.mL1即可。在混合溶液中添加了所述表面活性劑可以有助于在碾磨時，石墨各層原子之間的滑動以加速石墨烯的形成。
[0040]在具體的實現過程中，所述石墨的濃度可為0.lmg.mL 1到14mg.mL 1的任意取值，具體如 lmg.mL \2mg.mL 1 > 3mg.mL \6mg.mL \7mg.mL \9mg.mL \ llmg.mL 1 或 12mg.mL 1O 所述表面活性劑的濃度為0.lmg.mL 1到0.7mg.mL 1的任意取值,具體如0.15mg.mL \θ.2mg.mL >0.3mg.mL、0.6mg.mL >0.65mg.mL 或 0.68mg.mL。
[0041]在具體的實現過程中，以下提供幾種造價低且碾磨效果好的機械碾磨設備:電動石磨、膠體磨或電動磨粉機。
[0042]碾磨設備包括入料口和出料口 ；入料口用來向所述機械碾磨設備中加入混合溶液；出料口用于從所述機械碾磨設備中獲取碾磨液。在所述步驟S120中:為了保證碾磨液在機械碾磨設備中的充分碾磨以及設備的有效工作效率，可以將所述混合液以流速為5L/h到30L/h加入到所述機械碾磨設備中碾磨。所述流速的取值為5.5L/h、8L/h、16L/h或25L/h;具體的取值可以根據機械碾磨設備的運行效率及石墨烯的制作生產速度來確定。
[0043]進一步的為了保證充分碾磨，將所述混合溶液在機械碾磨設備中碾磨12-72小時形成所述碾磨液。所述碾磨時間的具體取值如46小時、32小時等。
[0044]在所述步驟S130中，將從機械碾磨設備中獲取的碾磨液通過靜置獲取上清液；所述上清液為第一上清液。
[0045]在步驟S140中，將所述第一上清液放到立離心設備中，如放到離心管中，進行離心處理；通過靜止等操作獲得離心處理后的第二上清液；石墨烯相對于為未被碾磨成石墨烯的石墨質量更輕，故溶液分布在溶液的上層(即分布在所述第二上清液中)，故可以從所述第二上清液中獲取石墨烯；而未碾磨成石墨烯的石墨可以通過再次碾磨和離心再次形成純