本发明涉及石墨烯材料技术领域，特别涉及一种石墨烯分散液的制备方法。
背景技术：
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。石墨烯具有理想的二维晶体结构，其碳原子以sp2杂化方式互相键合，形成单层碳原子刚性片层结构，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35 nm。
石墨烯作为一种新型碳纳米材料，自从2004年被发现以来一直是科研热点。石墨烯因其特殊的结构而具有优异的机械、电学、光学和热学特性，其杨氏模量多达1.0TPa，比表面积高达2630m2/g，体征迁移率高达200000cm2/v▪s，光学透过率高达97.7%，这使得石墨烯在电子器件、电池材料、储能材料及复合材料等领域具有广泛的应用前景。但是石墨烯在极性溶剂中分散性较差，这影响了其在电子材料及复合材料等领域的实际应用。这是由于石墨烯材料表面呈惰性状态，化学稳定性高，与其他介质的相互作用较弱，并且石墨片层间有较强的范德华力作用而容易导致团聚现象。因此，如何有效分散石墨烯是一个必须解决的难题，也是石墨烯应用过程中的必须掌握的重要技术。
目前，石墨烯分散通常采用在溶剂中直接加入分散剂的方法进行分散，但采用的分散剂如十二烷基苯磺酸钠等，分散效果并不理想，而且离子型分散剂后处理不易去除成为杂质，从而影响石墨烯的导电性。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现阶段石墨烯分散液分散效果并不理想，而且离子型分散剂后处理不易去除成为杂质，影响石墨烯的导电性等缺点，而提出的一种石墨烯分散液的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种石墨烯分散液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
在温度为20℃—60℃条件下，先把分散剂溶解在有吡咯烷酮类的机溶剂中，然后加入石墨烯粉体，在功率为300 W —600W的超声中进行分散，经过30min—90min的超声时间得到石墨烯分散液；
所述分散剂为乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物，分散剂在石墨烯分散液中的质量分数为0—10%，石墨烯粉体在石墨烯分散液中的质量分数为0.1 mg/mL—50 mg/mL。
在上述技术方案的基础上，可以有以下进一步的技术方案：
所述的吡咯烷酮类溶剂包括2-吡咯烷酮、1-甲基-2-吡咯烷酮、1-乙基-2-吡咯烷酮、1-丁基-2-吡咯烷酮、1-苄氧羰基-3-吡咯烷酮、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、1-环己基-2-吡咯烷酮、1-正辛基-2-吡咯烷酮、1-苄基-3-吡咯烷酮、N-丙烯吡咯烷酮、4-羟基-2-吡咯烷酮、1-(叔丁氧羰基)-2-吡咯烷酮、5-羟甲基-2-吡咯烷酮、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、1-(3-羟丙基)-2-吡咯烷酮或N-十二烷基-2-吡咯烷酮。
所述分散剂的牌号从K15到K90，其数均分子量为1万—3万。
所述石墨烯粉体的尺寸为：长和宽均为1—110微米、厚度为4—15纳米；所述石墨烯分散液中墨烯为片状结构，其尺寸为：长和宽均为1—110微米、厚度为1—5纳米。
本发明的优点在于：本石墨烯分散液是以极性溶剂作为溶剂，保证了石墨烯结构完整性，采用非离子型分散剂分散效果好，在高温处理后容易去除，不影响石墨烯的导电性，VP/VA共聚物分散的石墨烯稳定性更好，石墨烯分散液制备出的薄膜导电性优良，其操作方法简单，分散液稳定时间长，能够长期保存，可作为导电添加材料，广泛应用于透明导电薄膜、锂离子电池、超级电容器、抗静电材料、电子产品的电磁屏蔽材料等领域。
具体实施方式
本发明提供的一种石墨烯分散液的制备方法，包括以下步骤：在温度为20℃—60℃条件下，先把分散剂溶解在有吡咯烷酮类的机溶剂中，然后加入石墨烯粉体，在功率为300 W —600W的超声中进行分散，经过30min—90min的超声时间得到石墨烯分散液。
所述分散剂为乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物，分散剂在石墨烯分散液中的质量分数为0—10%，所述分散剂的牌号从K15到K90，其数均分子量为1万—63万，石墨烯粉体在石墨烯分散液中的质量分数为0.1 mg/mL—50 mg/mL。
所述的吡咯烷酮类溶剂包括2-吡咯烷酮、1-甲基-2-吡咯烷酮、1-乙基-2-吡咯烷酮、1-丁基-2-吡咯烷酮、1-苄氧羰基-3-吡咯烷酮、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、1-环己基-2-吡咯烷酮、1-正辛基-2-吡咯烷酮、1-苄基-3-吡咯烷酮、N-丙烯吡咯烷酮、4-羟基-2-吡咯烷酮、1-(叔丁氧羰基)-2-吡咯烷酮、5-羟甲基-2-吡咯烷酮、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、1-(3-羟丙基)-2-吡咯烷酮或N-十二烷基-2-吡咯烷酮。
所述石墨烯粉体的尺寸为：长和宽均为1—110微米、厚度为4—15纳米；所述石墨烯分散液中墨烯为片状结构，其尺寸为：长和宽均为1—110微米、厚度为1—5纳米。
石墨烯分散液的分散性表征：将所需分散的石墨烯分散于所选的溶剂中，经过一定时间的超声分散，静置一周后观察石墨烯分散液的分散性。
薄膜方块电阻测试：薄膜方块电阻可以体现石墨烯在溶剂中的分散性。将石墨烯与不同分子量的VP/VA共聚物及吡咯烷酮类有机溶剂按一定比例混合均匀，制成稳定分散的悬浮液。将玻璃基片水洗去除表面污渍，然后超声醇洗，再用超声酸洗，随后醇泡并擦干，使基片洁净。随后在玻璃基片上镀膜，将镀膜后的玻璃基片在70℃干燥。通过控制分散液浓度使得镀膜时控制膜厚为100—200 nm。利用四探针电阻仪(Four-probe resistance meter, ST-21H) 测量薄膜的方块电阻。
为了使本发明更加清楚明白，下面结合具体实施例具体阐述本发明：
实施例一、在26℃温度下，先把10mgK15的乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物溶解在50mLN-甲基吡咯烷酮中，然后加入50mg石墨烯粉体，混合均匀，在超声中分散30min，得到稳定的石墨烯分散液。
分散液稳定分散达一周以上，其薄膜方块电阻见表1。
实施例二、在26℃温度下，先将10mgK30的乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物溶解在50mLN-甲基吡咯烷酮中，然后加入50mg石墨烯粉体，混合均匀，在超声中分散30min，得到稳定的石墨烯分散液。
分散液稳定分散达一周以上，其薄膜方块电阻见表1。
实施例三、在26℃温度下，先将10mgK60的乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物溶解在50mLN-甲基吡咯烷酮中，然后加入50mg石墨烯粉体，混合均匀，在超声中分散30min，得到稳定的石墨烯分散液。
分散液稳定分散达一周以上，其薄膜方块电阻见表1。
实施例四、在60℃温度下， 先将10mgK30的乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物溶解在50mLN-甲基吡咯烷酮中，然后加入50mg石墨烯粉体，混合均匀，在超声中分散30min，得到稳定的石墨烯分散液。
分散液稳定分散达一周以上，其薄膜方块电阻见表1。
实施例五、在26℃温度下， 先将10mgK30的乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物溶解在50mLN-甲基吡咯烷酮中，然后加入50mg石墨烯粉体，混合均匀，机械搅拌30min。
分散液稳定分散达一周以上，其薄膜方块电阻见表1。
实施例六、在26℃温度下，先将10mgK30的乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物溶解在50mL1-环己基-2-吡咯烷酮中，然后加入50mg石墨烯粉体，混合均匀，在超声中分散30min，得到稳定的石墨烯分散液。
分散液稳定分散达一周以上，其薄膜方块电阻见表1。
实施例七、在26℃温度下，先将10mgK30的乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物溶解在50mLN-十二烷基-2-吡咯烷酮中，然后加入50mg石墨烯粉体，混合均匀，在超声中分散30min，即得到稳定的石墨烯分散液。
分散液稳定分散达一周以上，其薄膜方块电阻见表1。
实施例八、在26℃温度下，先将50mg石墨烯粉体溶解在50mLN-甲基吡咯烷酮中，混合均匀，在超声中分散30min，得到稳定的石墨烯分散液。
分散液只能稳定分散两天，其薄膜方块电阻见表1。
实施例九、在26℃温度下，先将10mg聚乙烯吡咯烷酮溶解在50mLN-甲基吡咯烷酮中，然后加入50mg石墨烯粉体，混合均匀，在超声中分散30min，即得到稳定的石墨烯分散液。
分散液稳定分散可达一周以上，薄膜方块电阻见表1。
表1 石墨烯性能
所述石墨烯粉体制备方法为现有技术采用机械剥离法、氧化石墨-还原法、化学气相沉积法、加热SiC法或电化学法制备得到。
所述分散剂乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物具有吡咯烷酮基团，吡咯烷酮基团与含有吡咯烷酮基团的溶剂拥有极好的相容性，聚乙烯链段既与石墨烯片层拥有良好的贴合性，能良好的溶解在有机溶剂中；而醋酸基团的引入增加了分散剂的极性，增强了石墨烯与极性有机溶剂的相容性，添加乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物可有效提高石墨烯的分散性，同时，乙烯基吡络烷酮与醋酸乙烯共聚物具有长链结构，可以阻止或减缓石墨烯的团聚，从而可进一步提高石墨烯的分散性，故可以较好地分散石墨烯。