一种电弧法制备纳米石墨烯的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于碳纳米材料制备工艺技术领域，特别涉及一种电弧法制备纳米石墨稀的方法。
【背景技术】
[0002]纳米石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料，它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质，有关石墨烯的基础和应用研宄已成为当前的前沿和热点课题之一。
[0003]碳材料是一种地球上较普遍而特殊的材料它可以形成硬度较大的金刚石，也可以形成较软的石墨，近20年来，碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域，1985年发现的富勒稀和1991年发现的碳纳米管均引起了巨大的反响，兴起了研宄热潮，2004年Manchester大学的Geim小组首次用机械剥离法获得了单层或薄层的新型二维原子晶体-石墨烯。石墨烯的发现充实了碳材料家族，形成了从零维的富勒烯、一维的CNTs、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系，石墨烯是由碳原子以SP2杂化连接的单原子层构成的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度仅为0.35nm，是目前所发现的最薄的二维材料。
[0004]纳米石墨稀是构成其它石墨材料的基本单元，可以翘曲变成零维的富勒稀，卷曲形成一维的CNTs，或者堆垛成三维的石墨，这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象。纳米石墨烯的强度是已测试材料中强度最高的，达130GPa，是钢的200多倍；其载流子迀移率是目前已知的具有最高迀移率的锑化铟材料的2倍，超过商用硅片迀移率的50倍，纳米石墨烯的热导率是金刚石的3倍；另外，纳米石墨烯还具有室温量子霍尔相应及室温铁磁性等等特殊性质。纳米石墨烯的这些优异特性引起了科技界新一轮的“碳”研宄热潮。
[0005]现有的采用电弧法制备的石墨烯尺寸较大，作为锂离子电池负极材料时，锂离的迀移路径长，充放电性能不好。
【发明内容】
[0006]本发明提出了一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，解决现有的石墨烯作为锂离子电池负极材料时充放电性能不好的问题。
[0007]一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，是以石墨棒作为电弧法制备纳米石墨烯的阴阳两极，在高电流和氦气气氛下进行电弧放电，在电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，在反应室内壁区域可得到高纯的1-2层纳米石墨稀。
[0008]其中，优选地，所述石墨棒为方形光谱石墨电极。
[0009]其中，优选地，所述方形光谱石墨电极的尺寸为35mm*35mm*420mm。
[0010]其中，优选地，两个所述方形光谱石墨电极正对放置，间距为I?3mm。
[0011]其中，优选地，所述电弧放电时的放电电流为1500?3000A。
[0012]其中，优选地，所述氦气气氛的压力为-5?-10*l(T2MPa。
[0013]其中，优选地，真空中电弧温度2500-3000°C。
[0014]其中，优选地，还包括将得到纳米石墨烯在空气中灼烧的步骤，用以去除纳米石墨烯中少量的无定形碳，灼烧温度400-500°C。
[0015]本发明的有益效果:
[0016]采用本发明的方法制备的纳米石墨烯尺寸较小，作为锂离子电池负极材料时，锂离子的迀移路径短，因而具有出色的高倍率充放电性能。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的后提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为石墨烯扫描电子显微镜照片(放大倍率20万倍)；
[0019]图2为石墨烯单层厚度测量的电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动后提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，是以石墨棒作为电弧法制备纳米石墨烯的阴阳两极，在高电流和氦气气氛下进行电弧放电，在电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，在反应室内壁区域可得到高纯的1-2层纳米石墨稀。
[0022]实施例1
[0023]一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，是以石墨棒作为电弧法制备纳米石墨烯的阴阳两极，在高电流和氦气气氛下进行电弧放电，在电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，在反应室内壁区域可得到高纯的1-2层纳米石墨稀。
[0024]其中，石墨棒为方形光谱纯墨电极，方形光谱纯墨电极的尺寸为35mm*35mm*420mm。两个所述方形光谱纯墨电极正对放置，间距为2mm。
[0025]其中，电弧放电时的放电电流为2200A，电弧温度2500 °C，氦气气氛的压力为-6.5*1^2MPaο
[0026]其中，还包括将得到石墨烯在空气中灼烧的步骤，用以去除石墨烯中少量的无定形碳，灼烧温度450 °C。
[0027]实施例2
[0028]一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，是以石墨棒作为电弧法制备纳米石墨烯的阴阳两极，在高电流和氦气气氛下进行电弧放电，在电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，在反应室内壁区域可得到高纯的1-2层纳米石墨稀。
[0029]其中，石墨棒为方形光谱纯墨电极，方形光谱纯墨电极的尺寸为35mm*35mm*420mm。两个所述方形光谱纯墨电极正对放置，间距为1mm。
[0030]其中，电弧放电时的放电电流为1500A，电弧温度3000 °C，氦气气氛的压力为-5* I(T2MPa。
[0031]其中，还包括将得到石墨烯在空气中灼烧的步骤，用以去除石墨烯中少量的无定形碳，灼烧温度400 °C。
[0032]实施例3
[0033]一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，是以石墨棒作为电弧法制备纳米石墨烯的阴阳两极，在高电流和氦气气氛下进行电弧放电，在电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，在反应室内壁区域可得到高纯的1-2层纳米石墨稀。
[0034]其中，石墨棒为方形光谱纯墨电极，方形光谱纯墨电极的尺寸为35mm*35mm*420mm。两个所述方形光谱纯墨电极正对放置，间距为3mm。
[0035]其中，电弧放电时的放电电流为3000A，电弧温度2800 °C，氦气气氛的压力为-1 O* I (T2MPa。
[0036]其中，还包括将得到石墨烯在空气中灼烧的步骤，用以去除石墨烯中少量的无定形碳，灼烧温度500 °C。
[0037]上述实施例制得的石墨烯电子显微镜照片如图1和图2所示，其中，大小:100-200nm，氮含量:1%，比表面积:75-160 m2 /g，导电率:1023s/m-1500s/m，孔径:1nm0
[0038]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，其特征在于是以石墨棒作为电弧法制备纳米石墨烯的阴阳两极，在高电流和氦气气氛下进行电弧放电，在电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，在反应室内壁区域可得到高纯的1-2层纳米石墨稀。
2.根据权利要求1所述的一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，其特征在于:所述石墨棒为方形光谱石墨电极。
3.根据权利要求2所述的一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，其特征在于:所述方形光谱石墨电极的尺寸为35mm*35mm*420mm。
4.根据权利要求2所述的一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，其特征在于:两个所述方形光谱石墨电极正对放置，间距为I?3mm。
5.根据权利要求1所述的一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，其特征在于:所述电弧放电时的放电电流为1500?3000A。
6.根据权利要求1所述的一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，其特征在于:所述氦气气氛的压力为-5?-10*l(T2MPa。
7.根据权利要求1所述的一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，其特征在于:氦气气氛下电弧温度2500-3000 °C。
8.根据权利要求1所述的一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，其特征在于:还包括将得到纳米石墨烯在空气中灼烧的步骤，用以去除纳米石墨烯中少量的无定形碳，灼烧温度400-500。。。
【专利摘要】本发明提供一种电弧法制备纳米石墨烯的方法，是以石墨棒作为电弧炉的两极，在高电流和氦气气氛下进行电弧放电，在电弧放电过程中，不断消耗阳极石墨棒，在反应室内壁区域可得到石墨烯。采用本发明的方法制备的石墨烯尺寸较小，作为锂离子电池负极材料时，锂离子的迁移路径短，因而具有出色的高倍率充放电性能。
【IPC分类】C01B31-04, B82Y30-00
【公开号】CN104609408
【申请号】CN201510027984
【发明人】孙清友
【申请人】北京清大际光科技发展有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月20日