一種采用射流預處理制備石墨烯的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用機械法制備石墨烯的方法，具體是一種采用射流預處理制備石墨烯的方法。
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【背景技術】
[0003]目前石墨烯的制備方法主要有機械法、氧化法、基片生長法和液相法，其中機械法是直接采用機械解理從塊狀石墨剝離出石墨烯的方法，這種機械解理可制備出高質量和大尺寸的石墨烯，但是效率和產量都極低，很難獲得預期尺寸和形狀的石墨烯，自膠帶黏貼的微機械解理法制備出石墨烯以后，機械方法基本沒有更大的進展。
[0004]基于此，特提出本發明。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決現有機械法制備石墨烯存在很難獲得預期尺寸和形狀的石墨烯的問題，提出一種采用射流預處理制備石墨烯的方法，可以方便地制備出預期尺寸和形狀的石墨稀。
[0006]本發明的技術方案是:一種采用射流預處理制備石墨烯的方法，包括如下的步驟:
1)將塊狀石墨有片層結合的一端放置在射流機的噴口前；
2)啟動射流機，將包含有小尺寸原初石墨烯的流體噴射到塊狀石墨的一端，持續噴射到兩層石墨片之間嵌入有原初石墨烯；
3)取下被噴射處理過的塊狀石墨，清理塊狀石墨上表面和下表面上的殘余流體；
4)從塊狀石墨嵌有原初石墨烯的一端開始，粘貼后逐層撕扯出石墨烯；
5)重復步驟4)，直到獲得足夠多的石墨烯。
[0007]此方法可以方便地制作出大尺寸的石墨烯。
[0008]進一步地，所述塊狀石墨為尚定向熱解石墨。尚定向熱解石墨中的雜質少，片層結構非常規范，可以連續制備出大尺寸的石墨烯。
[0009]進一步地，所述流體的主體物質為水、乙醇或者其他有機溶劑。
[0010]進一步地，所述流體中還包含有表面活性劑。在石墨片間嵌入原初石墨烯后，表面活性劑進入石墨片間，從而阻止石墨片之間的結合，進一步分離石墨片。
[0011]所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮或者吐溫80。這些表面活性劑都是環境友好型的物質，對操作者無毒性。
[0012]進一步地，所述射流機有流體收集裝置和過濾裝置，被收集并過濾后的流體被重新利用，從射流機的噴口噴出，射向塊狀石墨。這樣可以循環使用噴射的流體，達到設備小型化的效果。
[0013]進一步地，在步驟1)之前對塊狀石墨需要噴射的一端端面進行鏡面拋光。形成一個表面粗糙度很高的光滑平面，有利于原初石墨烯嵌入到石墨片層之間。
[0014]進一步地，在步驟1)之前對塊狀石墨進行形狀加工，把需要噴射的一端加工成梯形形狀。這樣設置后，可以只處理很小面積的端面，但是能得到期望形狀和大尺寸的石墨稀。
[0015]本發明的原理是:石墨是由多層石墨片組成的物質，層間的距離約為0.335nm，這個距離很小，甚至小于很多物質原子和分子的直徑，因此在通常條件下很少有物質能夠進入到石墨層之間。石墨烯的厚度只有一個碳原子直徑大小，也就是約0.18nm，小于石墨的層間距離。利用石墨烯本身厚度只有一個原子直徑大小的特點，同時利用石墨烯超高的硬度和強度，通過射流的流體裹挾，將一些原初石墨烯嵌入到石墨層的片層之間，讓原來緊密的石墨片層出現缺陷，從而讓單層石墨片即石墨烯從石墨中剝離出來；另外由于原初石墨烯的干擾，給粒子尺寸較大的流體如水和表面活性劑得以進入到石墨片層之間的機會，進一步破壞了石墨片層之間的范德華力，在流體的沖擊下，單片或者少量片層的石墨烯被制備出來。
[0016]本發明的有益效果是:1、通過將原初石墨烯嵌入到石墨片層間，破壞了塊狀石墨的原有結構，使得石墨烯從塊狀石墨中剝離出來；2、通過表面活性劑的分散作用，加速了塊狀石墨片層的分離；3、采用無毒性的表面活性劑，能夠讓制備過程產生的污染物質減少，對環境和人員都有益；4、流體循環使用，可以使得制備裝置小型化；5、對塊狀石墨的端面和形狀進行預先處理，可以提高制備效率和獲得期望尺寸、形狀的產品。
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【附圖說明】
[0018]圖1是本發明原初石墨稀嵌入石墨片層間的不意圖。
[0019]圖2是本發明一個實施例中所采用塊狀石墨的外觀示意圖。
[0020]其中10-塊狀石墨，11-石墨片，111-石墨片上的碳原子，12-需要噴射的一端，13-端面，20-射流機，21 -噴口，30-流體，31 -流體主體物質的粒子，32-原初石墨烯，321-原初石墨烯上的碳原子，33-表面活性劑的粒子。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖，對本發明一種射流制備石墨烯的方法做進一步地說明，在本發明中涉及到的一些名詞，都具有本領域內常用的技術含義，除非本發明中有特別申明的名詞。在本發明中，塊狀石墨是成塊狀的石墨；流體主體物質是包含有多種物質的流體中的主要物質成分，通常是液態的物質，如水、乙醇或其他有機溶劑等，如果技術允許，它也不排斥其他形態的物質，例如氣體；原初石墨烯是投入進流體中的小尺寸石墨烯，其用于嵌入到石墨片間，原初石墨稀與新制備出來的石墨稀是同一成分。
[0022]如圖1所示，一種采用射流預處理制備石墨烯的方法，包括如下的步驟:
1)將塊狀石墨10有片層結合的一端放置在射流機20的噴口21前；
2)啟動射流機20，將包含有小尺寸原初石墨烯的流體30噴射到塊狀石墨10的一端，持續噴射到兩層石墨片11之間嵌入有原初石墨烯32 ;
3)取下被噴射處理過的塊狀石墨10，清理塊狀石墨10上表面和下表面上的殘余流體；
4)從塊狀石墨10嵌有原初石墨稀32的一端開始，粘貼后逐層撕扯出石墨稀；
5)重復步驟4)，直到獲得足夠多的石墨烯。
[0023]此方法可以方便地制作出大尺寸的石墨烯。在噴射機20射流的沖擊和推動下，裹挾在流體30中的原初石墨烯32由于厚度很薄，一些端面中的原初石墨烯上的碳原子321能夠克服石墨片11之間的范德華力，嵌入到石墨片11之間，影響相鄰層石墨片上的碳原子111，導