石墨烯纳米带的制备方法
【专利摘要】一种石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管加入混合酸中，回流反应1小时~8小时后，过滤、洗涤后干燥得到腐蚀后的碳纳米管，所述混合酸由浓硝酸及浓硫酸混合形成；将所述腐蚀后的碳纳米管与离子液体混合形成混合液，将混合液以2KW~10KW的功率进行超声剥离；及将超声剥离后的混合液过滤，使用溶剂洗涤滤渣，将滤渣干燥得到石墨烯纳米带。上述石墨烯纳米带的制备方法工艺简单。
【专利说明】石墨烯纳米带的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石墨烯纳米带的制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈.Κ.海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，并获得2010年物理诺贝尔奖，再次引发碳材料研究热潮。由于其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，吸引了诸多科技工作者。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, et al.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。石墨烯纳米带不仅有石墨烯的性能，还具备一些特殊的性能，例如其长径比比较大，可高达上千倍，在集成电路方面可代替铜导线，进一步提高集成度，亦可对其结构进行改性制备成开关器件。目前的石墨烯纳米带制备工艺较为复杂。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要提供一种制备工艺简单的石墨烯纳米带的制备方法。
[0004]一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤:
[0005]将碳纳米管加入混合酸中，回流反应I小时I小时后，过滤、洗涤后干燥得到腐蚀后的碳纳米管，所述混合酸由浓硝酸及浓硫酸混合形成；
[0006]将所述腐蚀后的碳纳米管与离子液体混合形成混合液，将混合液以2KW~10KW的功率进行超声剥离 '及
[0007]将超声剥离后的混合液过滤，使用溶剂洗涤滤渣，将滤渣干燥得到石墨烯纳米带。
[0008]在其中一个实施例中，所述浓硝酸与所述浓硫酸的体积比为1:0.5^1:5。
[0009]在其中一个实施例中，所述回流反应的温度为120°C HC。
[0010]在其中一个实施例中，所述碳纳米管与所述混合酸的固液比为lg:10mL~lg:50mLo
[0011]在其中一个实施例中，所述离子液体选自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亚胺、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-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、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亚胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺及1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。
[0012]在其中一个实施例中，所述碳纳米管与所述离子液体的固液比为Ig:1Oml~lg:1OOOml。
[0013]在其中一个实施例中，所述超声剥离的时间为0.5小时~I小时。
[0014] 在其中一个实施例中，所述使用溶剂洗涤滤渣时，先用1-甲基-2-吡咯烷酮及N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种洗涤滤渣3飞次，再依次用丙酮、乙醇及去离子水洗涤。[0015]在其中一个实施例中，所述将滤渣在60°C~80°C下真空干燥至恒重。
[0016]上述石墨烯纳米带的制备方法，以碳纳米管为原料，利用离子液体做溶剂，通过酸腐蚀与超声切割相结合的方法，快速制得石墨烯纳米带，其制备工艺简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为一实施方式的石墨烯纳米带的制备方法的流程图；
[0018]图2为实施例1所制备的石墨烯纳米带的扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0020]请参阅图1，一实施方式的石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤:
[0021]步骤S110、将碳纳米管加入混合酸中，回流反应I小时I小时对所述碳纳米管进行腐蚀，过滤、洗涤后干燥得到腐蚀后的碳纳米管，所述混合酸由浓硝酸及浓硫酸混合形成。
[0022]该步骤中，对碳纳米管进行酸腐蚀，在腐蚀的过程中，碳纳米管表面的缺陷部位得到优先腐蚀，因而使得缺陷部位显露出来出现宏观缺口，有利于后续处理。
[0023]优选的，碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的至少一种。
[0024]优选的，纳米管与混合酸的固液比为Ig:1OmL~Ig:50mL。
[0025]优选的，浓硝酸与浓硫酸的体积比为1:0.5^1:5。
[0026]优选的，回流反应的温度为120°C~140°C。
[0027]优选的，浓硝酸的质量浓度为98%，浓硝酸的质量浓度为65%。
[0028]优选的，干燥在真空烘箱中进行，将碳纳米管干燥至恒重。
[0029]步骤S120、将腐蚀后的碳纳米管与离子液体混合形成混合液，将混合液以2KW~IOKW的功率进行超声剥离。
[0030]该步骤中，超声剥离属于物理切割，进对切口处产生一些破坏，碳纳米管的其他部分不会受到破坏。
[0031]优选的，离子液体选自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亚胺(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-甲基咪唑五氟乙酰亚胺(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亚胺(l-Et-3，5-Me2ImN (CF3SO2) 2)、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(1，3-Et2-4-MeImN(CF3SO2)2)及 1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(1，3-Et2-5_MeImN(CF3SO2)2)中的至少一种。
[0032]优选的，碳纳米管与离子液体的固液比为Ig:10mf lg: 1000ml。[0033]优选的，超声剥离的时间为0.5小时~2小时。
[0034]步骤S130、将超声剥离后混合液过滤，使用溶剂洗涤滤渣，将滤渣干燥得到石墨烯纳米带。
[0035]优选的，使用溶剂洗涤滤渣时，先用1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)及N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的至少一种洗涤滤渣3飞次，再依次用丙酮、乙醇及去离子水洗涤。
[0036]优选的，干燥在60°C~80°C的真空干燥箱中进行，干燥至恒重。
[0037]上述石墨烯纳米带的制备方法，以碳纳米管为原料，利用离子液体做溶剂，通过酸腐蚀与超声切割相结合的方法，快速制得石墨烯纳米带，其制备工艺简单，成本低，易于实现规模化工业生产；离子液体有很好的分散效果，剥离后防止石墨烯纳米带团聚，提高剥离效率；对碳纳米管进行酸腐蚀，在腐蚀的过程中，碳纳米管表面的缺陷部位得到优先腐蚀，因而使得缺陷部位显露出来出现宏观缺口，有利于后续超声分割处理，超声切割属于物理切割，进对切口处产生一些破坏，碳纳米管的其他部分不会受到破坏，超声切割功率大，能将碳纳米管较好的切割，所得石墨烯纳米带结构完整、产量高、分散性好、尺寸均匀、长径比较大。[0038]以下结合具体实施例来进一步说明。
[0039]实施例1
[0040]本实施例制备石墨烯纳米带的步骤如下:
[0041]1.先将IOg多壁碳纳米管装在三口瓶里，然后加入0.1L68%硝酸与98%硫酸体积比为1:5的混合酸，在120°C中回流8小时，取出，过滤至溶液中性，然后在真空干燥箱里干燥至恒重，备用。
[0042]2.干燥好的碳纳米管放到不锈钢杯里，按碳纳米管与离子液体的固液比为Ig:IOmL混合，再将不锈钢杯移到功率为IOkW的大功率超声粉碎机里剥离，超声0.5小时；
[0043]3.将超声好的碳纳米管过滤一次，然后再用NMP清洗3~6次，然后再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于60~100°C真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。
[0044]请参阅图2，图2所示为实施例1制备的石墨烯纳米带的扫描电子显微镜(SEM)照片。从图2中可以看出制备的石墨烯纳米带的宽度均匀，约为80~lOOnm，长径比约为20~300。
[0045]实施例2~11
[0046]实施例2~11制备石墨烯纳米带的步骤与实施例1大致相同，其不同在于实施例2^11制备过程中的参数及制备的石墨烯纳米带的参数如表1所示。
[0047]表1
[0048]
【权利要求】
1.一种石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 将碳纳米管加入混合酸中，回流反应I小时I小时后，过滤、洗涤后干燥得到腐蚀后的碳纳米管，所述混合酸由浓硝酸及浓硫酸混合形成； 将所述腐蚀后的碳纳米管与离子液体混合形成混合液，将混合液以2KW~10KW的功率进行超声剥离；及 将超声剥离后的混合液过滤，使用溶剂洗涤滤渣，将滤渣干燥得到石墨烯纳米带。
2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述浓硝酸与所述浓硫酸的体积比为1:0.5^1:5。
3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述回流反应的温度为 120。。~140。。。
4.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管与所述混合酸的固液比为Ig:1OmL~Ig:50mL。
5.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述离子液体选自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亚胺、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-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、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亚胺、1，3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺及1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管与所述离子液体的固液比为1g =1Omrig:1OOOml0
7.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述超声剥离的时间为0.5小时~t1小时。
8.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述使用溶剂洗涤滤渣时，先用1-甲基-2-吡咯烷酮及N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种洗涤滤渣3飞次，再依次用丙酮、乙醇及去离子水洗涤。
9.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，所述将滤渣在600C~80°C下真空干燥至恒重。
【文档编号】C01B31/04GK103910353SQ201310005729
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月8日 优先权日:2013年1月8日
【发明者】周明杰, 袁新生, 王要兵, 钟辉 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, 深圳市海洋王照明工程有限公司