一种高度分散的氧化石墨烯纳米带液的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及属于碳纳米材料技术领域。
【背景技术】
[0002]2004年，石墨烯被发明，由于其具有高强度(2.9 μΝ/lOOnm2)和高硬度(杨氏模量可接近1.0TPa,断裂强度高达130GPa)、极高的载流子移动速率(约200，OOOcm2.VH、优于碳纳米管且十倍于铜的热导率(5300W.HT1IT1)、超常比表面积(高达2630m2/g的理论值)等等优良性质，应用前景广阔，引起了了人们对它的极大兴趣。
[0003]石墨烯纳米带是具有较大纵横比的带状石墨烯，它继承了石墨烯优良性质，同时又具有其特有的半导体性能。因此，石墨烯纳米带在超级电容器、太阳能电池、锂离子电池、传感器件等新型电子器件、纳米电子器件与集成电路、复合材料等领域具有广泛的应用前景。
[0004]现有的制备石墨烯纳米带的制备方法主要有碱金属纳米颗粒切割、温差切割等方法。碱金属纳米颗粒切割法是在退火过程中的刻蚀作用切割石墨烯，制备石墨烯纳米带。这种方法生产技术复杂，产量低，成本高，不适用于工业宏量制备的需求。温差切割法是使用高温、低温依次处理由酸碱预处理碳纳米管，制备石墨烯纳米带。这种方法需要强酸、强碱、高温和低温环境，对生产设备要求高，生产成本高，也不适于工业化生产。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决现有的石墨烯纳米带制备方法产率低、难以宏量制备、操作过于繁琐的问题，提供一种易操作、易于规模化生产的石墨烯纳米带液制备方法。
[0006]为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种高度分散的氧化石墨烯纳米带液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]I)碳纳米管的切割:
[0008]1-1)将碳纳米管加入到浓硫酸中，室温搅拌I?24小时，得到悬浊液I，所述碳纳米管的质量(g):所述硫酸体积(ml)为1: 50?2000。
[0009]1-2)向悬浊液I中加入高锰酸钾，搅拌，得到悬浊液II。步骤1-1)中所述碳纳米管的质量(g)与1-2)中所述高锰酸钾质量(g)之比为1:1?20。
[0010]1-3)从所述悬浊液II中分离出固体残余物。
[0011]2)石墨烯纳米带的超临界分散:
[0012]2-1)配置无水乙醇和水的混合溶液。无水乙醇和水的比例为I?10: I
[0013]2-2)将步骤I)所得的固体加入到混合溶液中，超声振荡0.5_2h使其分散均匀，得到悬浊液III。
[0014]2-3)将悬浊液III置于高压容器中，加热悬浊液III，使其在超临界条件反应I?8小时，得到高度分散的石墨稀纳米带液。
[0015]进一步，步骤1-1)中，所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
[0016]进一步，步骤1-1)所述浓硫酸浓度为70wt%? 98wt%，
[0017]进一步，步骤1-2)中，向悬浊液I中加入高锰酸钾后，对“悬浊液1-高锰酸钾”体系搅拌过程中，先是在室温条件下对所述体系进行搅拌，然后是在加热至60-90°C下对所述体系进行搅拌，最后是在冰浴零度的条件下对所述体系进行搅拌。
[0018]进一步，步骤1-3)中，从所述悬浊液II中分离出固体的具体过程是:
[0019]先用抽滤的方式从悬浊液II分离出固体残余物，然后用去离子水反复清洗悬浊液II，直至滤液的pH值为7。
[0020]进一步，步骤2-3)所述的高压容器中充入了压力为6?30Mpa的超临界流体。
[0021]加热悬浊液III后，高压容器内的压力为6?30Mpa，温度为300?650°C。
[0022]与现有技术相比，本发明提供了一种高度分散的石墨烯纳米带液的制备方法，用氧化性酸和氧化剂对碳纳米管进行物理化学切割，再用水-乙醇-二氧化碳超临界体系对切割产物进行超临界分散，制备出高度分散的石墨烯纳米带液。与现有技术相比，整个生产工艺有利于工业化生产，设备简单，成本低廉。超临界分散工艺所用的水、二氧化碳、乙醇易于获取，环境友好，无毒无害。本发明方法操作简便，生产成本低，环境友好，制备出的石墨烯纳米带具有优秀的电学性能，尤其在储能材料、吸附材料、微电子器件中有很大应用前景。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1制备的尚度分散的石墨稀纳米带液照片。
[0024]图2为实施例1制备的石墨烯纳米带的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0026]实施例1:
[0027]I)碳纳米管的切割:
[0028]1-1)将碳纳米管加入到浓硫酸中，室温搅拌24小时，得到悬浊液I，所述碳纳米管的质量(g):所述硫酸体积(ml)为1: 400 ;所述碳纳米管选自单壁碳纳米管。所述浓硫酸浓度为70wt%。
[0029]1-2)向悬浊液I中加入高锰酸钾，室温下混合搅拌10小时，然后将混合液加热至85°C持续搅拌4小时，然后将混合液转移至冰浴环境中在零度条件下搅拌I小时，得到悬浊液II;步骤1-1)中所述碳纳米管的质量与1-2)中所述高锰酸钾质量之比为1: 7.95;
[0030]1-3)将所述悬浊液II中抽滤分离出固体残余物，用蒸馏水洗涤所得的固体残余物，直至滤液的pH值=7为止；
[0031]2)石墨烯纳米带液的超临界分散:
[0032]2-1)按照无水乙醇和水的体积比为10: I的配比混合溶液；
[0033]2-2)将步骤I)所得的固体物质加入到无水乙醇和水的混合溶液中，室温下在振荡频率为10Hz条件下超声振荡2h，使其分散均匀，得到悬浊液III ；
[0034]2-3)将悬浊液III置于充入二氧化碳的高压容器中，加热悬浊液III直至高压容器内的压力为7.4Mpa，温度为304°C保持超临界反应6小时，然后自然冷却，即得到高度分散的石墨稀纳米带液。石墨稀纳米带液中的石墨稀纳米带如附图2。
[0035]实施例2:
[0036]I)碳纳米管的切割:
[0037]1-1)将碳纳米管加入到浓硫酸中，室温搅拌I小时，得到悬浊液I，所述碳纳米管的质量(g):所述硫酸体积(ml)为1: 50 ;所述碳纳米管选自单壁碳纳米管。所述浓硫酸浓度为80wt%。
[0038]1-2)向悬浊液I中加入高锰酸钾，室温下混合搅拌I小时，然后将混合液加热至60°C持续搅拌I小时，然后将混合液转移至冰浴环境中在零度条件下搅拌lOmin，得到悬浊液II ;所