一种石墨烯纳米带的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤：取碳纳米管，按与碳纳米管的质量为0.01～0.05L/g的比例加入强酸混合液，在120～140℃中回流4～8小时，取出碳纳米管，去离子水清洗过滤至溶液中性；然后将碳纳米管置于不锈钢杯中，按碳纳米管与去离子水质量比为1：20～100的比例加入去离子水，加热至80～100℃，置于超声粉碎机中超声0.5～2小时；最后将超声后的碳纳米管依次用去离子水、乙醇清洗过滤，烘干，得到石墨烯纳米带。本发明提供的石墨烯纳米带的制备方法，以碳纳米管为原料，制备工艺简单，成本低，易于实现规模化工业生产，所制得的石墨烯纳米带结构完整、性能良好。
【专利说明】一种石墨烯纳米带的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新材料合成领域，特别是涉及一种石墨烯纳米带的制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是2004年英国曼彻斯特大学的安德烈.Κ.海姆(Andre K.Geim)等发现的一种二维碳原子晶体。由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点，吸引了诸多科技工作者。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、传感器等。而石墨烯纳米带不仅拥有石墨烯的性能，还具备一些特殊的性能，例如其长径比比较大，可高达上千倍，在集成电路方面可代替铜导线，进一步提高集成度，亦可对其结构进行改性制备成开关器件。但目前由于石墨烯纳米带制备过程中尺寸控制困难，产量低，从而限制了其应用。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明旨在提供一种石墨烯纳米带的制备方法，该方法能够以碳纳米管为原料，通过腐蚀与机械切割相结合的方法制得结构完整、性能良好的石墨烯纳米带。
[0004]本发明提供的石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤:
[0005](I)取碳纳米管，按与所述碳纳米管的质量为0.01-0.05L/g的比例加入强酸混合液，在120-140°C中回流4-8小时，取出所述碳纳米管，去离子水清洗过滤至溶液中性；
[0006](2)将所述碳纳米管置于容器中，按所述碳纳米管与去离子水质量比为1:20-100的比例加入所述去离子水，加热至80-100°C，置于超声粉碎机中超声0.5-2小时；
[0007](3)将超声后的所述碳纳米管依次用去离子水、乙醇清洗过滤，烘干，得到石墨烯纳米带。
[0008]步骤(I)的目的在对碳纳米管进行酸腐蚀，腐蚀过程中，碳纳米管表面的缺陷部位得到优先腐蚀，因而使得缺陷部位出现宏观缺口，以利于后续的超声切割操作的进行。
[0009]优选地，步骤(I)中碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
[0010]优选地，步骤(I)中强酸混合液由硝酸、硫酸和盐酸中的两种或两种以上混合制备得到。
[0011]更优选地，步骤(I)中强酸混合液由硝酸和硫酸按体积比为1:0.5-5混合制备得到。
[0012]优选地，步骤(I)中硝酸的质量浓度为65%飞8%，硫酸的质量浓度为98%。
[0013]优选地，步骤(I)中对首次过滤的滤液进行回收。
[0014]回收的滤液可供再次使用，可减少对环境造成的污染，同时降低生产成本。[0015]步骤(2)为将经步骤(I)腐蚀过的碳纳米管置于超声粉碎机中进行超声切割，得到石墨烯纳米带的过程。此处的超声切割是一种物理切割，由于碳纳米管表面被酸腐蚀，表面出现很多宏观缺口，因而在大功率的超声粉碎机中，在这些缺口处，可被顺利超声切割成具有均匀尺寸的石墨烯纳米带。超声粉碎机工作过程中，超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，超声波在介质中疏密相间的向前福射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡(空化核)在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力的瞬间高压，连续不断产生的瞬间高压，就像一连串小爆炸一样不断冲击碳纳米管表面，腐蚀处很容易发生开裂，从而被顺利超声切割成石墨烯纳米带。超声粉碎机的功率大，能提供更大的能量，更容易达到切割的目的。
[0016]步骤(2)中容器为不锈钢杯或塑料杯。
[0017]此处所使用的容器为不易碎的材质，便于超声操作。
[0018]优选地，步骤(2)中所述超声粉碎机的功率大于等于400w。
[0019]超声操作过程的功率太小，将不能实现碳纳米管的顺利切割。
[0020]经超声切割所得的石墨烯纳米带均匀分散于容器中。由于超声切割属于物理切割，仅对切口处产生一些破坏，其它部分不会受到破坏，超声功率大，能将碳纳米管较好的切割，所得石墨烯纳米带结构完整，性能良好，本发明方法得到的石墨烯纳米带宽度为80-lOOnm，长径比为20-30。
[0021]步骤(3)的目的在于将经超声切割所得的石墨烯纳米带进行清洗烘干，得到所需要的石墨烯纳米带。
[0022]优选地，烘干操作为在60°C真空干燥箱中干燥4-10小时。
[0023]本发明提供的石墨烯纳米带的制备方法，以碳纳米管为原料，通过酸腐蚀与超声切割相结合的方法，快速制得石墨烯纳米带，其制备工艺简单，成本低，易于实现规模化工业生产。通过本发明制备方法制得的石墨烯纳米带结构完整、导电性强、长径比较大。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例一所制得的石墨烯纳米带SEM图。
【具体实施方式】
[0025]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。
[0026]实施例一
[0027]一种石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤:
[0028](I)取IOg多壁碳纳米管，按与多壁碳纳米管的质量为0.01L/g的比例加入0.1L强酸混合液，强酸混合液中质量浓度为68%的硝酸与质量浓度为98%的硫酸的体积比为1:0.5，在120°C中回流4小时，取出多壁碳纳米管，去离子水清洗过滤至溶液中性；
[0029](2)将多壁碳纳米管置于不锈钢杯中，按所述碳纳米管与去离子水质量比为1:20的比例加入去离子水，加热至80°C，置于功率为2000?的超声粉碎机中超声2小时；[0030](3)将超声后的多壁碳纳米管依次用去离子水、乙醇清洗过滤一次，置于60°C真空干燥箱中干燥10小时，得到石墨烯纳米带。
[0031]图1为本发明实施例一所制得的石墨烯纳米带SEM图。从图1中可以看出，石墨烯纳米带已经成功制备，所制得的石墨烯纳米带宽度均勻。本实施例所制得的石墨烯纳米带宽度为80-lOOnm，长径比为20-30。
[0032]实施例二
[0033]一种石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤:
[0034](I)取IOg单壁碳纳米管，按与单壁碳纳米管的质量为0.05L/g的比例加入0.5L强酸混合液，强酸混合液中质量浓度为68%的硝酸与质量浓度为98%的硫酸的体积比为1: 5，在130°C中回流6小时，取出单壁碳纳米管，去离子水清洗过滤至溶液中性；
[0035](2)将单壁碳纳米管置于不锈钢杯中，按所述碳纳米管与去离子水质量比为1:100的比例加入去离子水，加热至80°C，置于功率为2000w的超声粉碎机中超声0.5小时；
[0036](3)将超声后的单壁碳纳米管依次用去离子水、乙醇清洗过滤一次，置于60°C真空干燥箱中干燥4小时，得到石墨烯纳米带。
[0037]本实施例所制得的石墨烯纳米带宽度为80-lOOnm，长径比为20-30。
[0038]实施例三
[0039]一种石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤:`[0040](I)取IOg双壁碳纳米管，按与双壁碳纳米管的质量为0.03L/g的比例加入0.3L强酸混合液，强酸混合液中质量浓度为68%的硝酸与质量浓度为98%的硫酸的体积比为1:2，在140°C中回流4小时，取出双壁碳纳米管，去离子水清洗过滤至溶液中性；
[0041](2)将双壁碳纳米管置于不锈钢杯中，按所述碳纳米管与去离子水质量比为1:80的比例加入去离子水，加热至90°C，置于功率为2000?的超声粉碎机中超声I小时；
[0042](3)将超声后的双壁碳纳米管依次用去离子水、乙醇清洗过滤一次，置于60°C真空干燥箱中干燥8小时，得到石墨烯纳米带。
[0043]本实施例所制得的石墨烯纳米带宽度为80-lOOnm，长径比为20-30。
[0044]实施例四
[0045]一种石墨烯纳米带的制备方法，包括以下步骤:
[0046](I)取IOg多壁碳纳米管，按与多壁碳纳米管的质量为0.04L/g的比例加入0.4L强酸混合液，强酸混合液中质量浓度为68%的硝酸与质量浓度为98%的硫酸的体积比为1: 1，在125°C中回流8小时，取出多壁碳纳米管，去离子水清洗过滤至溶液中性；
[0047](2)将多壁碳纳米管置于不锈钢杯中，按所述碳纳米管与去离子水质量比为1:50的比例加入去离子水，加热至80°C，置于功率为2000?的超声粉碎机中超声1.5小时；
[0048](3)将超声后的多壁碳纳米管依次用去离子水、乙醇清洗过滤一次，置于60°C真空干燥箱中干燥6小时，得到石墨烯纳米带。
[0049]本实施例所制得的石墨烯纳米带宽度为80-lOOnm，长径比为20-30。
[0050]采用四探针电阻测试仪测试实施例1-4制备的石墨烯纳米带的电导率，其测试结果如表I所示:
[0051]表I实施例1-4制备的石墨烯纳米带的电导率
[0052]
【权利要求】
1.一种石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)取碳纳米管，按与所述碳纳米管的质量为0.01~0.05L/g的比例加入强酸混合液，在120~140°C中回流4~8小时，取出所述碳纳米管，去离子水清洗过滤至溶液中性；(2)将所述碳纳米管置于容器中，按所述碳纳米管与去离子水质量比为1:20~100的比例加入所述去离子水，加热至80~100°C，置于超声粉碎机中超声0.5~2小时；(3)将超声后的所述碳纳米管依次用去离子水、乙醇清洗过滤，烘干，得到石墨烯纳米带。
2.如权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
3.如权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述强酸混合液由硝酸、硫酸和盐酸中的两种或两种以上混合制备得到。
4.如权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述强酸混合液由硝酸和硫酸按体积比为1:0.5~5混合制备得到。
5.如权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述硝酸的质量浓度为65%~68%，所述硫酸的质量浓度为98%。
6.如权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述超声粉碎机的功率大于等于400w。
7.如权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述容器为不锈钢杯或塑料杯。
8.如权利要求1所述的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，步骤(3)中烘干操作为在60°C真空干燥箱中干燥4~10小时。
【文档编号】C01B31/04GK103449413SQ201210174230
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月30日 优先权日:2012年5月30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