专利名称：一种连续制备石墨烯的方法
技术领域：
本发明涉及化学气相沉积法制备石墨烯的方法，特别是涉及一种连续制备石墨烯的方法。
背景技术：
石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，为单层或多层的极薄的碳材料。单层石墨烯拥有优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数，并且其理论比表面积高达2630m2/g(A Peigney, Ch Laurent, etal.Carbon，2001，39，507)，可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料、传感器等。石墨烯独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点。石墨烯的研究和应用对它的大批量、低成本制备提出了迫切要求。目前制备石墨稀的方法主要有石墨剥裂(Novoselov K S, Geim A K, et al.Science 2004, 306,666)、化学氧化还原法(D A Dikin, et al.Nature 2007,448,457 ；Sasha Stankovich, Dmitriy ADikin,Richard D Piner, et al.Carbon 2007,45,1558)、超声剥离法(Guohua Chen,WenguiWeng7Dajun Wu, et al.Carbon.2004,42, 753)等。然而这些方法制备出的石墨烯的形状基本上都是不规则的，层数不定，形貌难于控制。化学气相沉积法已经实现了碳纳米管的批量生产，有望利用化学气相沉积法实现石墨烯的批量生产。所以人们开始利用化学气相沉积法制备石墨烯(Alexander N,Obraztsov.Nature nanotechnology.2009,4, 212),但是该方法只是少量制备。公开号为CN101285175A的中国专利申请公开了一种化学气相沉积法制备石墨烯薄膜的方法，此该方法中需要将催化剂均匀沉 积在衬底上，不但会引入不必要的杂质，而且还会增强操作的复杂性和不必要的设备，导致成本过高，且不能实现连续不间断制备。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种连续制备石墨烯的方法，该方法具有不间断连续制备的优点，设备简单，操作简易可行，易于实现自动化及工业化生产。本发明提供的一种连续制备石墨烯的方法，包括以下步骤:(I)对孔径为50 325目的金属沉积网进行清洗；(2)将清洗好的金属沉积网设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 IOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟；随后将反应室加热至600 1100°C，通入气流量为10 200sccm的气态含碳物质,该气态含碳物质在金属沉积网的催化过程中反应30 60分钟后，制得石墨烯，所述石墨烯聚集在一孔径为200 325目的收集网上；(3)更换收集网，继续收集石墨烯。连续制备石墨烯的方法中，所述步骤(I)中: 优选地，所述金属沉积网为铜网、铁网、镍网和钴网中的任一种。
所述步骤⑵中:优选地,所述保护性气体为氢气、氮气和氩气中的一种或其任意组合；优选地，往反应室内通入保护性气体后保持20 30分钟；优选地，将反应室加热至700 1050°C ；优选地，所述气态含碳物质为甲烷、乙烷、乙炔和乙烯中的一种或其任意组合；优选地，所述收集网为不锈钢网、铜网和铁网中的任一种；优选地，所述气态碳物质的流向与所述金属沉积网所在平面相垂直；更优选地，所述收集网为插入式设置在反应室排气口，且该收集网与所述金属沉积网平行设置。以及，优选地，本发明还包括如下步骤(4):将收集有石墨烯的收集网放到溶液中超声震荡10 30分钟，形成分散均匀的悬浮液，过滤悬浮液，并对滤物进行烘干处理，获得石墨烯。本发明提供的利用化学气相沉积法连续制备石墨烯的方法，具有不间断连续制备的优点，设备简单，操作简易可行，易于实现自动化及工业化生产。此外，通过本发明制备方法制得的石墨烯与常见的还原法制备的石墨烯相比具有缺陷少和导电性能好等优点。
图1为本发明的石 墨烯连续制备工艺流程图；图2为本发明实施例一所制备的石墨烯的SEM电镜图。
具体实施例方式以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。一种连续制备石墨烯的方法，如图1所示，包括以下步骤:(I)对孔径为50 325目的金属沉积网进行清洗；(2)将清洗好的金属沉积网设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 IOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟；随后将反应室加热至600 1100°C，通入气流量为10 200sccm的气态含碳物质,该气态含碳物质在金属沉积网的催化过程中反应30 60分钟后，制得石墨烯，所述石墨烯聚集在一孔径为200 325目的收集网上；(3)更换收集网，继续收集石墨烯；(4)将步骤(3)中收集有石墨烯的收集网放到溶液中超声震荡10 30分钟，形成分散均匀的悬浮液，过滤悬浮液，并对滤物进行烘干处理，获得石墨烯。对于上述连续制备石墨烯的方法，所述步骤(I)中，金属沉积网优选为铜网、铁网、镍网和钴网中的任一种；金属沉积网也可以是铜箔、铁箔、镍箔或钴箔。上述连续制备石墨烯的方法，所述步骤(2)中:所述保护性气体优选地为氢气、氮气和氩气中的一种或其任意组合，更优选5v%氢气和95v%氮气的混合气，这种混合气具有弱还原性；反应室中通入保护性气体的通气时间优选为持20 30分钟；
反应室的加热温度为700 1050°C ；所述气态含碳物质为甲烷、乙烷、乙炔和乙烯中的一种或其任意组合，也可以是其他气态的含碳有机物，或者是经气化的含碳有机物，如，乙醇、葡萄糖溶液等；所述收集网为不锈钢网、铜网和铁网中的任一种，也可以铜箔、铁箔或镍箔；所述气态碳物质的流向与所述金属沉积网所在平面相垂直，这样的设计有利于气态碳物质与金属沉积网充分接触，从而获得最大石墨烯的生产；所述收集网为插入式设置在反应室排气口，且该收集网与所述金属沉积网平行设置。本发明提供的利用化学气相沉积法连续制备石墨烯的方法，具有不间断连续制备的优点，设备简单，操作简易可行，易于实现自动化及工业化生产。此外，通过本发明制备方法制得的石墨烯与常见的还原法制备的石墨烯相比具有缺陷少和导电性能好等优点。实施例一一种连续制备石墨烯的方法，包括以下步骤:(I)依次用去离子水、乙醇和丙酮对孔径为50目的铜网进行清洗；(2)将清洗好的铜网设置在反应室中，往反应室通入气流量为200sccm的氩气，并保持10分钟；随后将反应室加热至1000°C，通入气流量为50SCCm的甲烷，该甲烷在铜网的催化过程中反应60分钟后，制得石墨烯，所述石墨烯聚集在一孔径为200目的不锈钢网上;(3)更换不锈钢网，继续收集石墨烯；(4)将步骤(3)中收集有石墨烯的不锈钢网放到去离子水中超声震荡10分钟，形成分散均匀的悬浮液，过滤悬浮液，并对滤物进行烘干处理，获得石墨烯。图2为实施例一所制备的石墨烯的SEM电镜图，从图2中可以明显看出已成功生长出石墨烯，厚度多为3 6层，长度约为0.5 5um。实施例二一种连续制备石墨烯的方法，包括以下步骤:(I)依次用去离子水、乙醇和丙酮对孔径为325目的镍网进行清洗；(2)将清洗好的镍网设置在反应室中，往反应室通入气流量为IOsccm的氢气，并保持60分钟；随后将反应室加热至750°C，通入气流量为IOsccm的乙炔，该乙炔在镍网的催化过程中反应30分钟后，制得石墨烯，所述石墨烯聚集在一孔径为325目的铜网上；(3)更换铜网，继续收集石墨烯；(4)将步骤(3)中收集有石墨烯的铜网放到去离子水中超声震荡30分钟，形成分散均匀的悬浮液，过滤悬浮液，并对滤物进行烘干处理，获得石墨烯。实施例三一种连续制备石墨烯的方法，包括以下步骤:(I)依次用去离子水、乙醇和丙酮对孔径为200目的钴网进行清洗；(2)将清洗好的钴网设置在反应室中，往反应室通入气流量为IOOOsccm的氮气，并保持3分钟；随后将反应室加热至1100 °C，通入气流量为200sCCm的乙烯，该乙烯在钴网的催化过程中反应50分钟后，制得石墨烯，所述石墨烯聚集在一孔径为325目的铜网上；(3)更换铜网，继续收集石墨烯；
(4)将步骤(3)中收集有石墨烯的铜网放到去离子水中超声震荡20分钟，形成分散均匀的悬浮液，过滤悬浮液，并对滤物进行烘干处理，获得石墨烯。实施例四一种连续制备石墨烯的方法，包括以下步骤:(I)依次用去离子水、乙醇和丙酮对孔径为100目的铁网进行清洗；(2)将清洗好的铁网设置在反应室中，往反应室通入气流量为500sccm的氮气，并保持20分钟；随后将反应室加热至900°C，通入气流量为IOOsccm的乙烷，该乙烷在铁网的催化过程中反应40分钟后，制得石墨烯，所述石墨烯聚集在一孔径为300目的不锈钢网上;(3)更换不锈钢网，继续收集石墨烯；(4)将步骤(3)中收集有石墨烯的不锈钢网放到去离子水中超声震荡10分钟，形成分散均匀的悬浮液，过 滤 悬浮液，并对滤物进行烘干处理，获得石墨烯。
权利要求
1.一种连续制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)对孔径为50 325目的金属沉积网进行清洗； (2)将清洗好的金属沉积网设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 IOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟；随后将反应室加热至600 1100°C，通入气流量为10 200sccm的气态含碳物质,该气态含碳物质在金属沉积网的催化过程中反应30 60分钟后，制得石墨烯，所述石墨烯聚集在一孔径为200 325目的收集网上； (3)更换收集网，继续收集石墨烯。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(I)中所述金属沉积网为铜网、铁网、镍网和钴网中的任一种。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述保护性气体为氢气、氮气和氩气中的一种或其任意组合。
4.按权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中往反应室内通入保护性气体后保持20 30分钟。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中将反应室加热至700 1050°C。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述气态含碳物质为甲烷、乙烷、乙炔和乙烯中的一种或其任意组 合。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述收集网为不锈钢网、铜网和铁网中的任一种。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述气态碳物质的流向与所述金属沉积网所在平面相垂直。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述收集网为插入式设置在反应室排气口，且该收集网与所述金属沉积网平行设置。
10.按权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤(4): 将收集有石墨烯的收集网放到溶液中超声震荡10 30分钟，形成分散均匀的悬浮液，过滤悬浮液，并对滤物进行烘干处理，获得石墨烯。
全文摘要
本发明提供了一种连续制备石墨烯的方法，包括以下步骤对孔径为50～325目的金属沉积网进行清洗；将清洗好的金属沉积网设置在反应室中，往反应室通入保护性气体，并保持1～60分钟；随后将反应室加热至600～1100℃，通入气态含碳物质，该气态含碳物质在金属沉积网的催化过程中反应30～60分钟后，制得石墨烯，所述石墨烯聚集在一孔径为200～325目的收集网上；更换收集网，继续收集石墨烯。本发明具有不间断连续制备的优点，设备简单，操作简易可行，易于实现自动化及工业化生产。通过本发明制备方法制得的石墨烯与常见的还原法制备的石墨烯相比具有缺陷少和导电性能好等优点。
文档编号C01B31/04GK103086360SQ20111033997
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者周明杰, 袁新生, 王要兵 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司