一种石墨烯纳米片的分散液及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种石墨烯纳米片的分散液及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是由单层碳原子堆积成的具有二维蜂窝状晶体结构的一种碳质新材料。具有层状结构的石墨材料经剥离后会得到层数从I层到10层程度的片状物质，被称为单层或数层石墨烯纳米片。近年来石墨烯由于在电学、光学、力学能方面的优异性能而备受关注。石墨烯的制备目前常见的有化学气相沉积法(CVD)、化学合成法(Bottom-up法)以及由石墨剥离的Top-down法等区分。其中应该属Top-down法最为效率高、结构缺陷少。
[0003]石墨因为本来就具有可以剥离的层状构造，因此可以通过对其进行机械研磨而剥离。但同时剥离所得到的石墨烯的面与面之间容易相互粘附进行再配列而恢复层状结构。因此，通常不能使用球磨、研钵等方法单独粉碎石墨来制备石墨烯。目前已有的机械剥离方法有A.由膨胀石墨进行剥离的方法，B.未经处理的石墨在各种液体溶液中超声波处理或球磨处理进行剥离的方法，尽管A、B两种方法可以得到石墨烯，但是都存在过程复杂、效率低的问题。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的第一个技术问题是提供一种石墨烯纳米片的分散液，所述石墨烯纳米片分散在分散液中，易于制备成不同极性的导电涂料。
[0005]本发明要解决的第二个技术问题是提供一种石墨烯纳米片的分散液的制备方法，所述分散液制备方法简单易行，成本低廉，易于实现大规模生产。
[0006]为解决上述第一个技术问题，本发明发明采用下述技术方案:
[0007]—种石墨烯纳米片的分散液，所述石墨烯纳米片厚度为0.35nm?7nm,所述石墨烯纳米片以单层或数层形式分散于溶剂中。
[0008]为解决上述第二个技术问题，本发明发明采用下述技术方案:
[0009]一种石墨烯纳米片的分散液的制备方法，包括以下制备步骤:
[0010](I)将石墨与固态高聚物按比例混合，将混合物进行机械研磨，即可得到石墨烯纳米片/固态高聚物混合粉末；
[0011](2)将步骤(I)所得石墨烯纳米片/固态高聚物混合粉末加入到可溶解高聚物的溶剂中，得到石墨烯纳米片的分散液中间体；
[0012](3)将步骤(2)所得石墨烯纳米片的分散液中间体中溶于溶剂的固态高聚物除去，即可得到石墨烯纳米片分散液。
[0013]优选地，所述石墨为天然石墨、膨胀石墨或合成石墨中的一种或几种的混合物。
[0014]优选地，所述固态高聚物选自天然高分子化合物或合成高分子聚合物；
[0015]所述天然高分子化合物选自多糖或蛋白质，所述多糖选自淀粉、纤维素、甲壳素、壳聚糖中的一种或多种，优选地，所述纤维素选自天然草本植物或天然木本植物的一种或多种及其衍生物的一种或多种。
[0016]所述合成高分子聚合物为人工合成高分子聚合物，优选的，选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚烯烃、聚卤化烯烃、聚酰胺、聚酰胺酸、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯酰胺、聚碳酸酯、缩醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂等。
[0017]优选地，步骤(I)所述机械研磨是采用旋转型、振动型、行星型或碰撞型球磨机，或研钵、臼式研磨仪进行研磨。
[0018]优选地，步骤(2)所述溶剂指一切可溶解所添加固态高聚物的溶剂、优选地，选自二甲基亚砜DMS0、二甲基甲酰胺DMF、甲苯、苯、丙酮、盐酸、水中的一种或多种。
[0019]优选地,步骤(I)所述石墨重量占固体总重量的0.01%_80%，优选地,所述石墨占固体总重量的0.05%-30%。
[0020]优选地，步骤(I)所述研磨速度为100_500r.p.m，研磨时间为1-100小时，优选地，所述研磨速度为200-400r.p.m,研磨时间为2_50小时。
[0021]本发明的有益效果:
[0022]1、本发明直接用未经处理的石墨做原料，通过加入固态高分子干磨得到石墨烯纳米片的方法前所未有；
[0023]2、本发明将高分子溶解后得到石墨烯纳米片分散液的方法更是简单易行。
[0024]3、本发明去除溶解高分子后，得到石墨烯纳米片的方法，更是巧妙。
[0025]4、本发明水溶性高分子去除后，也会赋予石墨烯纳米片表面亲水性，这是一般方法所做不到的，石墨烯纳米片一般是疏水的，无法分散在水中，我们这种亲水性石墨烯纳米片可以分散在水中，这样就可以很容易地制备成水系导电涂料。
[0026]5、本发明石墨烯纳米片的分散液的制备方法简单易行，成本低廉，易于实现大规模生产。
【附图说明】
[0027]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明
[0028]图1为本发明实施例1所得石墨烯纳米片/固态高聚物混合粉末的透射电镜照片。
[0029]图2为本发明实施例1所得石墨烯纳米片的分散液的数码照片。
[0030]图3为本发明实施例1所得石墨烯纳米片的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0031]为更好地理解本发明，下面将通过具体的实施例进一步说明本发明的方案，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，但不限于此。
[0032]实施例1
[0033]将淀粉与固体石墨分别按139:1质量比混合，将混合物加入到研磨机中进行机械研磨。研磨转数为300r.p.m,研磨时间为24h,得到了分散在淀粉中的厚度为0.35nm?7nm单层或数层石墨烯纳米片材料。将Ig淀粉-石墨烯纳米片置于50g 二甲基亚砜DMSO中溶解，将上述溶液通过5次离心进行分离，得到石墨烯在DMSO中的分散液。
[0034]实施例2
[0035]将甲壳素与固体石墨按19:1量混合，将混合物加入到研磨机中进行固态机械研磨。研磨转数为，200r.p.m，研磨时间分别为48h，得到了分散在甲壳素中的厚度为0.35nm?7nm、单层或数层石墨烯纳米片材料。将Ig甲壳素-石墨烯纳米片置于50g盐酸溶液中进行溶解，将溶解了的甲壳素溶液通过5次离心进行分离，得到石墨烯在盐酸中的分散液。
[0036]实施例3
[0037]同实施例2，不同之处在于将甲壳素替换成天然木本纤维素或天然草本纤维素中一种。
[0038]实施例4
[0039]聚苯乙烯与固体石墨按9:1量混合，将混合物加入到研磨机中进行固态机械研磨。研磨转数为，400r.p.m,研磨时间分别为20h,得到了分散在聚苯乙烯中的厚度为0.35nm?7nm、单层或数层石墨烯纳米片材料。将Ig聚苯乙烯-石墨烯纳米片置于10g甲苯溶液中溶解，溶解后的聚苯乙烯溶液通过5次离心进行分离，得到石墨烯在甲苯中的分散液。
[0040]实施例5
[0041]羧甲基纤维素与固体石墨按99:1量混合，将混合物加入到研磨机中进行固态机械研磨。研磨转数为200r.p.m，研磨时间为24h，得到了分散在羧甲基纤维素中的厚度为0.35nm?7nm、单层或数层石墨烯纳米片材料。将羧甲基-石墨烯纳米片置于水溶液中，羧甲基纤维素溶解于水溶液，通过5次离心进行分离，得到石墨烯在水中的分散液。
[0042]实施例6
[0043]同实施例5，不同之处在于将羧甲基纤维素改为可溶于水的纤维素衍生物。得到石墨烯在水中的分散液。