专利名称：一种石墨烯的制备方法
技术领域：
本发明涉及石墨烯领域,特别是涉及一种石墨烯的制备方法。
背景技术：
石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈.K.海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体，为单层或多层的极薄的碳材料。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, etal.Carbon, 2001，39，507)，可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料和传感
翌坐石墨烯的研究和应用对它的大批量、低成本制备提出了迫切要求。目前制备石墨稀的方法主要有石墨剥裂(Novoselov K S, Geim A K, et al.Science 2004, 306,666)、超声剥离法(Guohua Chen, Wengui ffeng, Dajun Wu, et al.Carbon.2004,42, 753)和化学氧化还原法(D A Dikin, et al.Nature 2007,448,457 ；Sasha Stankovich, Dmitriy A Dikin,Richard D Piner, et al.Carbon 2007,45,1558)等。其中，石墨剥裂法和超声剥离法不利于大规模的制备，化学氧化还原法是目前最容易实现产业化的方法。通常，氧化还原法制备石墨烯的过程为:先制备氧化石墨，然后将氧化石墨配成浓度约为lg/L的溶液放到反应斧,水合肼溶液还原24小时或更久(Sasha Stankovich,Dmitriy A Dikin, Richard D Piner, et al.Carbon 2007,45,1558)。但是该方法的实施不仅需要使用大型的反应斧，而且反应时间太长，石墨烯的清洗过滤困难，过滤后还容易团聚，不利于发挥石墨烯的优点 ，生产效率低。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种石墨烯的制备方法，该方法以氧化石墨为原料，在高温下通过还原性气体进行还原制得石墨烯。相比传统的溶液还原法，本发明制备时间短，所需设备占地面积小，操作简易可行，无需过滤，生产效率高，易于实现自动化及工业化生产。本发明提供的一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤:(I)将金属材质的衬底清洗后烘干；(2)将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 IOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟；(3)随后将反应室加热至900 1100°C，通入气流量为10 200sccm的还原性气体，并保持5 10分钟的通气时间；然后以I 10g/min的速度将氧化石墨粉体加入反应室内进行反应，保持反应10 60分钟；(4)反应完成后，停止加入氧化石墨粉体及停止通入还原性气体，在保护性气体气氛下冷却至室温，在衬底表面制得石墨烯。所述石墨烯的制备方法中，步骤(I)中:
优选地，衬底为不锈钢箔和镍箔中的一种或其组合；优选地，衬底的清洗过程包括:依次用去离子水、乙醇和丙酮分别对所述衬底进行
超声清洗。所述石墨烯的制备方法中，步骤(2)中:优选地，保护性气体为氮气和氩气中的一种或其组合；优选地，往反应室内通入保护性气体后保持20 30分钟。所述石墨烯的制备方法中，步骤(3)中:优选地，还原性气体为氢气和肼蒸气中的一种或其组合；优选地，加入氧化石墨粉体的粒径为100 400目。本发明提供的石墨烯的制备方法以氧化石墨为原料，在高温以及还原性气氛中进行还原制得石墨烯，相比传统的溶液还原法，本发明制备时间短，所需设备占地面积小，操作简易可行，无需过滤，生产效率高，易于实现自动化及工业化生产。
图1为本发明的石墨烯连续制备工艺流程图；图2为本发明实施例一所制备的石墨烯的SEM电镜图。
具体实施例方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。图1为本发明的石墨烯连续制备工艺流程图。一种石墨烯的制备方法，如图1所示，包括以下步骤:(I)将金属材质的衬底清洗后烘干；(2)将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 IOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟；(3)随后将反应室加热至900 1100°C，通入气流量为10 200sccm的还原性气体，并保持5 10分钟的通气时间；然后以I 10g/min的速度将氧化石墨粉体加入反应室内进行反应，保持反应10 60分钟；(4)反应完成后，停止加入氧化石墨粉体及停止通入还原性气体，在保护性气体气氛下冷却至室温，在衬底表面制得石墨烯。所述石墨烯的制备方法中，步骤(I)中:衬底为不锈钢箔和镍箔中的一种或其组合；衬底的清洗过程包括:依次用去离子水、乙醇和丙酮分别对所述衬底进行超声清洗。所述石墨烯的制备方法中，步骤(2)中:保护性气体为氮气和氩气中的一种或其组合；往反应室内通入保护性气体后保持20 30分钟。所述石墨烯的制备方法中，步骤(3)中:
还原性气体为氢气和肼蒸气中的一种或其组合；加入氧化石墨粉体的粒径为100 400目。本发明提供的石墨烯的制备方法以氧化石墨为原料，在高温以及还原性气氛中进行还原制得石墨烯，相比传统的溶液还原法，本发明制备时间短，所需设备占地面积小，操作简易可行，无需过滤，生产效率高，易于实现自动化及工业化生产。实施例一一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤:(1)依次用去离子水、乙醇和丙酮分别对不锈钢箔进行超声清洗，清洗后烘干；(2)将烘干后的不锈钢箔设置在反应室中，往反应室通入气流量为500SCCm的氩气，并保持30分钟；(3)随后将反应室加热至1100°C，通入气流量为50sccm的氢气，并保持5分钟的通气时间；然后以lg/min的速度将300目粒径的氧化石墨粉体从反应室的入料口加入反应室内进行反应，氧化石墨粉体在入料口经过300目的铜网筛选后进入反应室内，保持反应20分钟；(4)反应完成后，停止加入氧化石墨粉体及停止通入氢气，在氩气气氛下冷却至室温，在衬底表面制得石墨稀，将表面制得有石墨稀的衬底从反应室中取出，从衬底上将石墨烯刮下，收集得到石墨烯。图2为本发明实施例一所制备的石墨烯的SEM电镜图，从图2中可以明显看出已成功生长出石墨烯，厚度多为3 6层，长度约为0.5 5um。实施例二—种石墨烯的制备方法，与实施例一的区别仅在于:步骤(I)和步骤(4)中的保护性气体为氮气，以及步骤(3)中通入的还原性气体为肼蒸汽，氧化石墨粉体的粒径为200目。实施例三一种石墨烯的制备方法，与实施例二的区别仅在于:步骤(3)中通入的肼蒸汽的气流量为200SCCm、步骤(3)中加入氧化石墨粉体的速度为10g/min、随后保持反应的时间为30分钟；氧化石墨粉体的粒径为100目。实施例四一种石墨烯的制备方法，与实施例三的区别仅在于:步骤(3)中将反应室加热至900°C，通入肼蒸汽后保持10分钟的通气时间；氧化石墨粉体的粒径为400目。实施例五一种石墨烯的制备方法，与实施例四的区别仅在于:步骤(I)中通入氮气的气流量为200SCCm，步骤(3)中加入氧化石墨粉体的速度为3g/min。
权利要求
1.一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤: (1)将金属材质的衬底清洗后烘干； (2)将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入气流量为10 lOOOsccm的保护性气体，并保持I 60分钟； (3)随后将反应室加热至900 1100°C，通入气流量为10 200sccm的还原性气体，并保持5 10分钟的通气时间；然后以I 10g/min的速度将氧化石墨粉体加入反应室内进行反应，保持反应10 60分钟； (4)反应完成后，停止加入氧化石墨粉体及停止通入还原性气体，在保护性气体气氛下冷却至室温，在衬底表面制得石墨烯。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述衬底为不锈钢箔和镍箔中的一种或其组合。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述衬底的清洗过程包括:依次用去离子水、乙醇和丙酮分别对所述衬底进行超声清洗。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述保护性气体为氮气和氩气中的一种或其组合。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中往反应室内通入保护性气体后保持20 30分钟。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述还原性气体为氢气和肼蒸气中的一种或其组合。
7.如权利要求1所 述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述氧化石墨粉体的粒径为·100 400 目。
全文摘要
本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤将金属材质的衬底清洗后烘干；将烘干后的衬底设置在反应室中，往反应室通入保护性气体；随后将反应室加热，通入还原性气体；将氧化石墨粉体加入反应室内进行反应；反应完成后，停止加入氧化石墨粉体及停止通入还原性气体，在保护性气体气氛下冷却至室温，在衬底表面制得石墨烯。本发明提供的石墨烯的制备方法以氧化石墨为原料，在高温以及还原性气氛中进行还原制得石墨烯，相比传统的溶液还原法，本发明制备时间短，所需设备占地面积小，操作简易可行，无需过滤，生产效率高，易于实现自动化及工业化生产。
文档编号C01B31/04GK103172054SQ20111043295
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者周明杰, 袁新生, 王要兵 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