一种超细金刚石‑石墨烯复合材料的制备方法与流程

本发明属于复合材料领域，具体为一种超细金刚石-石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术：

超细金刚石不仅具有硬度高、摩擦系数小、禁带宽、载流子迁移率高、场发射阈值低等优异的物理性能，还因为其小尺寸效应拥有大的比表面积和反应活性。石墨烯是六角型蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的典型二维材料。石墨烯的导电率和迁移率非常高，是性能优异的导体材料，但易堆积影响其实际应用。若将石墨烯与超细金刚石复合，可以很好的利用这两种材料的优势，增强力学和电学性能，有利于实现超细金刚石和石墨烯在工程和功能材料领域的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种超细金刚石-石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤为：

1)将超细金刚石与石墨烯混合于溶剂中形成分散液，其中超细金刚石的粒径为5nm～5μm，超细金刚石和石墨烯的质量比为0.05～5，溶剂为水、乙醇和丙酮的一种或两种组合，所述分散液的浓度为0.1～10wt％；

2)所述分散液通过抽滤装置进行抽滤，去除滤纸，得到超细金刚石-石墨烯混合薄膜，所述薄膜的厚度为0.1μm～1mm；

3)将超细金刚石-石墨烯混合薄膜于800℃～1200℃下真空热处理0.5～2h，获得超细金刚石-石墨烯复合材料。

优选的，所述超细金刚石的粒径为10nm～1μm。

优选的，所述超细金刚石和石墨烯的质量比为0.1～1。

优选的，超细金刚石和石墨烯的总浓度为0.2～2wt％。

优选的，所述步骤2)中，所述分散液通过抽滤装置进行抽滤，抽滤后连带滤纸一起取出过滤层，泡于丙酮溶液中以去除滤纸，得到超细金刚石-石墨烯混合薄膜。

优选的，所述滤纸是水性滤纸，孔径为0.15～1.2μm(例如0.15μm、0.3μm、0.45μm、0.65μm、0.8μm、1.2μm)。

上述方法制备的超细金刚石-石墨烯复合材料应用于超细磨料工具、超级电容器、场致发射显示器或半导体器件。

本发明的优点在于：

1.通过本发明的方法制备的超细金刚石-石墨烯复合材料中金刚石表面石墨化，与石墨烯形成碳碳键合，性能稳定，使得力学和电学性能都得到了明显的增强。该复合材料对实现金刚石和石墨烯在超细磨料工具、超级电容器、场致发射显示器、半导体器件等领域的应用，具有十分重要的科学意义和工程价值。

2.本发明的制备方法简单，条件温和，可控性强，适于实际生产应用。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种超细金刚石-石墨烯复合材料的制备方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明实施例1制得的超细金刚石-石墨烯复合材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

参考图1，本发明的一种超细金刚石-石墨烯复合材料的制备方法，首先是将超细金刚石与石墨烯混合于溶剂中形成分散液。其中超细金刚石的粒径为5nm～5μm，进一步优选为10nm～1μm；超细金刚石和石墨烯的质量比为0.05～5，进一步优选为0.1～1；超细金刚石和石墨烯的总浓度为0.1～10wt％，进一步优选为0.2～2wt％。溶剂是水、乙醇和丙酮的一种或两种组合。然后，将分散液通过抽滤装置进行抽滤，抽滤后连带滤纸一起取出过滤层，泡于丙酮溶液中以去除滤纸，得到超细金刚石-石墨烯混合薄膜。滤纸是可溶解于丙酮的水性滤纸，孔径为0.15～1.2μm。制得的薄膜厚度为0.1μm～1mm。将超细金刚石-石墨烯混合薄膜于800℃～1200℃下真空热处理0.5～2h，在此热处理条件下，金刚石表面石墨化，与石墨烯形成碳碳键合，获得超细金刚石-石墨烯复合材料。

本方法制得的复合材料性能稳定，且兼具金刚石和石墨烯的优势，在多个领域具有广泛的应用。

实施例1

将尺寸为50nm的超细金刚石与石墨烯按0.6的质量比混合在水中形成分散液，其中超细金刚石和石墨烯的总浓度为0.2wt％。将分散液通过抽滤装置进行抽滤成膜。抽滤所用滤纸为水性滤纸，孔径为0.15μm。抽滤后连带滤纸一起取出过滤层，泡于丙酮溶液中去除滤纸，得到超细金刚石与石墨烯混合薄膜，膜厚为1μm。将该薄膜置于管式炉的石英管中，于800℃热处理0.5h，得到超细金刚石-石墨烯复合材料。该超细金刚石-石墨烯复合材料应用于超级电容器。图2为本实施例制得的超细金刚石-石墨烯复合材料的扫描电镜照片。

实施例2

将尺寸为1μm的超细金刚石与石墨烯按实施例1的质量比混合在水中形成分散液，其中超细金刚石和石墨烯的总浓度为2wt％。将分散液通过抽滤装置进行抽滤成膜。抽滤所用滤纸为水性滤纸，孔径为0.8μm。抽滤后连带滤纸一起取出过滤层，泡于丙酮溶液中去除滤纸，得到超细金刚石与石墨烯混合薄膜，膜厚为0.1mm。将该薄膜置于管式炉的石英管中，于1200℃热处理2h，得到超细金刚石-石墨烯复合材料。该超细金刚石-石墨烯复合材料应用于超细磨料工具。

实施例3

将尺寸为100nm的超细金刚石与石墨烯按0.2的质量比混合在水中形成分散液，其中超细金刚石和石墨烯的总浓度为0.5wt％。将分散液通过抽滤装置进行抽滤成膜。抽滤所用滤纸为水性滤纸，孔径为0.3μm。抽滤后连带滤纸一起取出过滤层，泡于丙酮溶液中去除滤纸，得到超细金刚石与石墨烯混合薄膜，膜厚为100μm。将该薄膜置于管式炉的石英管中，于1000℃热处理1.5h，得到超细金刚石-石墨烯复合材料。该超细金刚石-石墨烯复合材料应用于场致发射显示器。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种超细金刚石-石墨烯复合材料的制备方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。