本发明涉及炭材料技术领域。更具体地说，本发明涉及一种高温碳化固体炭材料石墨烯化的方法。
背景技术：
炭材料通常特指炭和石墨材料。炭材料具有良好的导电导热能力和机械强度，广泛用于电池电极的领域。传统制备炭材料采用天然石墨剥离法和生长制备法，具有量产低、污染环境的缺点，且制备的炭材料电阻率高。
技术实现要素：
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种高温碳化固体炭材料石墨烯化的方法，其能够制造具有较低的电阻率的炭材料，拓宽了炭材料用途，可用于用于替代硅半导体，碳晶元、光通信技术以及能源领域。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高温碳化固体炭材料石墨烯化的方法，包括：
步骤一、将石墨研磨至粒径低于1mm，分散到95wt.％浓盐酸溶液中，以8℃/min速率降温至-20℃，保持24h，加入高锰酸钾，在惰性气体保护作用下机械搅拌24h，以8℃/min速率升温至25℃，加入水，水浴加热至90℃，保持1h，过滤滤除滤液，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，分散到乙二醇中，加入十二烷基苯磺酸钠进行超声1h，加入柠檬酸，加热至120℃，保持24h，在200℃下干燥，得到炭材料；
步骤二、将步骤一得到的炭材料分散到50wt.％盐酸溶液中，以8℃/min速率升温至120℃，保持24h，在惰性气体保护用下机械搅拌24h，离心分离，去除盐酸，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，干燥至恒重，以1℃/min速率升温至200℃，保温1h，以3℃/min速率升温至600℃，保温1h，以5℃/min速率升温至1200℃，保温1h，以10℃/min速率降温至室温，热压成型，即得。
优选的是，步骤一中，浓盐酸溶液的添加重量为石墨的10倍。
优选的是，步骤一中，高锰酸钾的添加重量为与盐酸等质量。
优选的是，步骤一中，机械搅拌过程中加入乙醇。
优选的是，步骤一、二中，惰性气体为氩气。
优选的是，步骤二中，热压成型的条件为：温度1000℃，压力100mpa，保持6h。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明步骤一对石墨进行表面修饰，将石墨-浓盐酸-高锰酸钾三相反应体系变成石墨-高锰酸钾与浓盐酸的反应液体系，促进插层，单位体积中的炭原子数量增加；骤冷至超低温，通过膨胀实现平衡剥离的溶液表面张力；制备纯度高(超高纯度、超高比表面积)的多孔炭材料(晶质碳与非晶质碳的复合体)，步骤二将炭材料分阶段升温-缓冲-升温，碳原位石墨烯化，载流子的密度增加，隧道导电效应增强，降低孔隙率和电阻率，成本低，适于工业化生产。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
<实例1>
高温碳化固体炭材料石墨烯化的方法，包括：
步骤一、将石墨研磨至粒径低于1mm，分散到95wt.％浓盐酸溶液中，浓盐酸溶液的添加重量为石墨的10倍，以8℃/min速率降温至-20℃，保持24h，加入高锰酸钾，高锰酸钾的添加重量为与盐酸等质量，在氩气保护作用下机械搅拌24h，搅拌过程中加入乙醇，以8℃/min速率升温至25℃，加入水，水浴加热至90℃，保持1h，过滤滤除滤液，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，分散到乙二醇中，加入十二烷基苯磺酸钠进行超声1h，加入柠檬酸，加热至120℃，保持24h，在200℃下干燥，得到炭材料；
步骤二、将步骤一得到的炭材料分散到50wt.％盐酸溶液中，以8℃/min速率升温至120℃，保持24h，在氩气保护用下机械搅拌24h，搅拌过程中加入乙醇，离心分离，去除盐酸，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，干燥至恒重，以1℃/min速率升温至200℃，保温1h，以3℃/min速率升温至600℃，保温1h，以5℃/min速率升温至1200℃，保温1h，以10℃/min速率降温至室温，热压成型，条件为：温度1000℃，压力100mpa，保持6h，即得。
<对比例1>
高温碳化固体炭材料石墨烯化的方法，包括：
步骤一、将石墨研磨至粒径低于1mm，以8℃/min速率降温至-20℃，保持24h，以8℃/min速率升温至25℃，加入水，水浴加热至90℃，保持1h，过滤滤除滤液，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，分散到乙二醇中，加入十二烷基苯磺酸钠进行超声1h，加入柠檬酸，加热至120℃，保持24h，在200℃下干燥，得到炭材料；
步骤二、将步骤一得到的炭材料分散到50wt.％盐酸溶液中，以8℃/min速率升温至120℃，保持24h，在氩气保护用下机械搅拌24h，搅拌过程中加入乙醇，离心分离，去除盐酸，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，干燥至恒重，以1℃/min速率升温至200℃，保温1h，以3℃/min速率升温至600℃，保温1h，以5℃/min速率升温至1200℃，保温1h，以10℃/min速率降温至室温，热压成型，条件为：温度1000℃，压力100mpa，保持6h，即得。
<对比例2>
高温碳化固体炭材料石墨烯化的方法，包括：
步骤一、将石墨研磨至粒径低于1mm，分散到95wt.％浓盐酸溶液中，浓盐酸溶液的添加重量为石墨的10倍，加入高锰酸钾，高锰酸钾的添加重量为与盐酸等质量，在氩气保护作用下机械搅拌24h，搅拌过程中加入乙醇，以8℃/min速率升温至25℃，加入水，水浴加热至90℃，保持1h，过滤滤除滤液，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，分散到乙二醇中，加入十二烷基苯磺酸钠进行超声1h，加入柠檬酸，加热至120℃，保持24h，在200℃下干燥，得到炭材料；
步骤二、将步骤一得到的炭材料分散到50wt.％盐酸溶液中，以8℃/min速率升温至120℃，保持24h，在氩气保护用下机械搅拌24h，搅拌过程中加入乙醇，离心分离，去除盐酸，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，干燥至恒重，以1℃/min速率升温至200℃，保温1h，以3℃/min速率升温至600℃，保温1h，以5℃/min速率升温至1200℃，保温1h，以10℃/min速率降温至室温，热压成型，条件为：温度1000℃，压力100mpa，保持6h，即得。
<对比例3>
高温碳化固体炭材料石墨烯化的方法，包括：
步骤一、将石墨研磨至粒径低于1mm，分散到95wt.％浓盐酸溶液中，浓盐酸溶液的添加重量为石墨的10倍，以8℃/min速率降温至-20℃，保持24h，加入高锰酸钾，高锰酸钾的添加重量为与盐酸等质量，在氩气保护作用下机械搅拌24h，搅拌过程中加入乙醇，以8℃/min速率升温至25℃，加入水，水浴加热至90℃，保持1h，过滤滤除滤液，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，分散到乙二醇中，加入十二烷基苯磺酸钠进行超声1h，加入柠檬酸，加热至120℃，保持24h，在200℃下干燥，得到炭材料；
步骤二、将步骤一得到的炭材料分散到50wt.％盐酸溶液中，以8℃/min速率升温至120℃，保持24h，在氩气保护用下机械搅拌24h，搅拌过程中加入乙醇，离心分离，去除盐酸，依次用醇洗、酸洗、水洗至中性，干燥至恒重，以3℃/min速率升温至1200℃，保温1h，以10℃/min速率降温至室温，热压成型，条件为：温度1000℃，压力100mpa，保持6h，即得。
<综合性能的测试>
根据gb/t7702.20-2008煤质颗粒活性炭试验方法测定比表面积，根据jb/t8133.14-1999电炭制品物理化学性能试验方法测定体积密度，根据jb/t8133.4-1999电炭制品物理化学性能试验方法测定肖氏硬度，根据jb/t8133.15-1999电炭制品物理化学性能试验方法测定气孔率，根据jb/t8133.2-1999电炭制品物理化学性能试验方法测定电阻率。
根据上表可以看出，实例1的比表面积、体积密度、肖氏硬度、气孔率、电阻率均优于对比例1-3，实例1的比表面积和体积密度显著高于对比例1，因为步骤一对石墨进行表面修饰，将石墨-浓盐酸-高锰酸钾三相反应体系变成石墨-高锰酸钾与浓盐酸的反应液体系，促进插层，单位体积中的炭原子数量增加；实例1的肖氏硬度显著高于对比例2，因为步骤一将石墨研磨后，骤冷至超低温，通过膨胀实现平衡剥离的溶液表面张力；实例1的气孔率、电阻率低于对比例3，因为步骤二将炭材料分阶段升温-缓冲-升温，碳原位石墨烯化，载流子的密度增加，隧道导电效应增强，降低孔隙率和电阻率。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。