一种石墨烯稳定胶体的制备方法与流程

本发明属于石墨烯材料领域，特别涉及一种石墨烯稳定胶体的制备方法。

背景技术：

石墨烯具有很多特异的性质，在纳米电子学、传感器、电池、电容器、纳米复合材料、储氢等领域具有广阔的应用前景，但是石墨烯本身容易团聚，不利于石墨烯在多方面的应用，所以稳定的分散石墨烯对于石墨烯的实际应用有着重要的意义。目前制备石墨烯分散液的主要方法是以氧化石墨烯得到氧化石墨烯分散液，再还原氧化石墨烯得到石墨烯分散液，这种方法得到的石墨烯分散液晶体有缺陷，导电性不佳。另外一种制备石墨烯分散液的方法是以常见普通的表面活性剂与石墨粉超声得到石墨烯分散液，这种方式得到的石墨烯分散液浓度很低，而且大部分不稳定，易沉淀，不利于石墨烯实际应用。在此，本发明提供一种复合方法制备稳定的石墨烯胶体及其复合物，对石墨烯的实际应用有重要意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供一种制备石墨烯稳定胶体的方法。本发明使用碳纳米量子点、氧化石墨烯、酸化纳米管、石墨烯量子点等作为稳定剂和还原剂，辅以3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐、双十六烷基二甲基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、正十六烷基-β-d-麦芽糖苷、十八醇环氧乙烷聚醚、纤维素纳米晶等稳定剂，以及一些胶体或聚合物，在高速混合剪切、超声剥离分散粉状石墨材料得到长期稳定的石墨烯胶体。

本发明所提供的技术方案具体如下：

一种石墨烯胶体的制备方法，包括以下步骤：将原料粉状石墨材料、稳定剂a、稳定剂b、分散剂c和聚合物胶体一起在溶剂中超声分散，充分混匀，即得到稳定的石墨烯胶体；其中，粉状石墨材料、稳定剂a、稳定剂b、分散剂c的浓度范围分别为0.1mg/ml-15mg/ml、0.1mg/ml-525mg/ml、0.1mg/ml-825mg/ml、0.1mg/ml-525mg/ml；

所述的稳定剂a为氧化石墨烯纳米粒子、碳量子点、酸化纳米管或石墨烯量子点；

所述的稳定剂b为3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐、双十六烷基二甲基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、正十六烷基-β-d-麦芽糖苷、十八醇环氧乙烷聚醚、纤维素纳米晶、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十八甲基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠、聚环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷、tween-80、tritonx-100、胆酸钠、脱氧胆酸钠、牛黄脱氧胆酸钠，苄胺、磺酸基芘、氨基芘、9-蒽甲酸、1-芘磺酸钠盐、6,8-二羟基-芘二磺酸钠盐、8-羟基-芘-1,3,6-三磺酸钠盐、芘-四磺酸钠盐、二甲基-2,7-n-参杂芘、六苯并苯四羧酸钾盐、双硬脂酸乙酯基羟乙基甲基硫酸甲酯铵、三硬脂酸乙酯基羟乙基甲基硫酸甲酯铵、span20、span40、span60、span80、烷基叔胺盐的一种或多种；

所述的分散剂c为聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚苯胺胶体、聚吡咯胶体、聚3,4-乙氧基噻吩、聚苯乙烯磺酸钠、聚甲基丙烯酸、聚丙烯腈、聚乙酸乙酯、聚乙烯醇、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚三氟氯乙烯、尼龙-66、尼龙-6、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚甲醛、聚乙二醇、氯化聚醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、纤维素、聚氨酯、聚硫橡胶、硅橡胶、聚丙烯腈-聚丁二烯-聚苯乙烯共聚物、聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯共聚物中的一种或多种；

所述的聚合物胶体为聚苯乙烯乳液、聚甲基丙烯酸甲酯乳液、聚丙烯酸丁酯乳液、有机硅乳液或聚丁苯橡胶乳液，聚合物胶体的粒径为1nm-1000nm。

所述的粉状石墨材料为石墨烯、氟化石墨、溴化石墨、土状石墨、氮掺杂石墨烯、磷掺杂石墨烯、硫掺杂石墨烯中的一种。

所述碳量子点的尺寸为1nm-100nm，所述的酸化纳米管为羧基功能化纳米管或磺酸基功能化纳米管。

所述的溶剂为水、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、乙腈、1,3-二甲基咪唑酮、乙烯基吡咯烷酮、n-十二烷基吡咯烷酮、环己酮、γ-丁内酯、环戊酮、苯甲醇苯钾酸酯、五氟嘧啶、六氟苯甲腈、六氟苯、八氟甲苯、n,n-二甲基乙酰胺、丙酮、异丙醇中的一种。

充分混匀的方式为高速剪切、机械研磨、密炼机密炼、捏合或超声。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明制备方法简单，原料易得。

(2)本发明制备的石墨烯胶体长期稳定，可以分为水溶性胶体与油溶性胶体，有利于石墨烯的实际应用。

(3)本发明将制得的石墨烯胶体抽滤成薄膜后，其导电性优于氧化石墨烯胶体抽滤的薄膜，可望作为石墨烯电极、石墨烯复合材料、石墨烯涂层、石墨烯纤维复合材料等使用。

附图说明

图1为氧化还原石墨烯分散液的拉曼图谱；

图2为石墨烯胶体分散液的拉曼图谱；

图3为本发明典型石墨烯胶体分散液的紫外吸收图谱。

图4为静止3个月后石墨烯胶体不同溶剂分散液照片。

图5为静止3个月后石墨烯胶体水分散液胶体的丁达尔现象照片。

图6为静止3个月后石墨烯胶体乙醇分散液胶体的丁达尔现象照片。

图7为静止3个月胶体后石墨烯胶体环戊酮分散液的丁达尔现象照片。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案进一步阐释，但不作对其进行限定。

实施例1

将5g石墨粉、0.3g碳量子点、15g3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐、10g聚四氟乙烯、15g聚苯乙烯乳液一起在500ml乙醇中超声分散30分钟，然后高速剪切3小时，即得到稳定的石墨烯胶体。

实施例2

将1g石墨粉、3g氧化石墨烯纳米粒子、25g正十六烷基-β-d-麦芽糖苷、10g聚乙二醇一起在150mldmf中超声分散30分钟，然后加入3g聚丙烯酸乳液，高速剪切3小时，即得到稳定的石墨烯胶体。

实施例3

将10g石墨粉体、45g氧化石墨烯纳米粒子、500g正十六烷基-β-d-麦芽糖苷、150g聚乙二醇一起在750ml水中超声分散2小时，然后加入30g聚丙烯酸乳液，高速剪切3小时，即得到稳定的石墨烯胶体。

实施例4

将5g石墨粉、1.5g酸化碳纳米管、25g3-[3-(胆酰胺丙基)二甲氨基]丙磺酸内盐、10g聚苯胺胶体、25g聚苯乙烯乳液一起在500mldmf中超声分散30分钟，高速剪切3小时，即得到稳定的石墨烯胶体。

实施例5

将1g石墨粉体、3g氧化石墨烯纳米粒子、25g十八醇环氧乙烷聚醚、3g聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯乳液一起在150ml异丙醇中超声分散30分钟，然后高速剪切3小时，即得到稳定的石墨烯胶体。

实施例6

将0.5gn-掺杂石墨粉体、0.1g碳量子点、1.5g二甲基-2,7-n参杂芘、0.5g聚乙烯吡咯烷酮一起在150ml异丙醇中超声分散30分钟，然后加入3g聚丙烯酸乳液，研磨3小时，即得到稳定的n-参杂石墨烯胶体。

实施例7

将1g石墨烯粉体、3g氧化石墨烯纳米粒子、5gtritonx-100、0.5g聚硫橡胶一起在150mlγ-丁内酯中超声分散30分钟，然后加入1.5g聚丙烯酸乳液，高速剪切3小时，即得到稳定的石墨烯胶体。

实施例8

将0.5gn-掺杂石墨粉体、0.1g碳量子点、3g8-羟基-芘-1,3,6-三磺酸钠盐、0.5g聚乙烯吡咯烷酮一起在150ml八氟甲苯中超声分散30分钟，然后加入3g聚丙烯酸乳液，高速剪切3小时，即得到稳定的n-掺杂石墨烯胶体。

实施例9

将石墨烯胶体分在不同溶剂中，发现石墨烯胶体在水、乙醇、丙酮、氯仿、dmf、thf、环己酮、异丙醇、二甲亚砜、二氯甲烷、环戊酮等溶剂中分散三个月后，仍有丁达尔现象出现，如图4所示，说明石墨烯胶体仍能稳定存在。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。