本发明涉及石墨烯材料，尤其涉及一种高硬度石墨烯材料的制备方法。
背景技术：
石墨烯的化学性质与石墨类似，石墨烯可以吸附并脱附各种原子和分子。当这些原子或分子作为给体或受体时可以改变石墨烯载流子的浓度，而石墨烯本身却可以保持很好的导电性。但当吸附其他物质时，如h+和oh-时，会产生一些衍生物，使石墨烯的导电性变差，但并没有产生新的化合物。因此，可以利用石墨来推测石墨烯的性质。例如石墨烷的生成就是在二维石墨烯的基础上，每个碳原子多加上一个氢原子，从而使石墨烯中sp2碳原子变成sp3杂化。可以在实验室中通过化学改性的石墨制备的石墨烯的可溶性片段。
溶解性：在非极性溶剂中表现出良好的溶解性，具有超疏水性和超亲油性。熔点：科学家在2015年的研究中表示约4125k，有其他研究表明熔点可能在5000k左右。其他性质：可以吸附和脱附各种原子和分子。
另外，石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到，而科学家在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应，在碰到杂质时不会产生背散射，这是石墨烯局域超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。石墨烯中的电子和光子均没有静止质量，他们的速度是和动能没有关系的常数。
石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使得一些此前只能在理论上进行论证的量子效应可以通过实验经行验证。在二维的石墨烯中，电子的质量仿佛是不存在的，这种性质使石墨烯成为了一种罕见的可用于研究相对论量子力学的凝聚态物质——因为无质量的粒子必须以光速运动，从而必须用相对论量子力学来描述，这为理论物理学家们提供了一个崭新的研究方向：一些原来需要在巨型粒子加速器中进行的试验，可以在小型实验室内用石墨烯进行。
零能隙的半导体主要是单层石墨烯，这种电子结构会严重影响到气体分子在其表面上的作用。单层石墨烯较体相石墨表面反应活性增强的功能是由石墨烯的氢化反应和氧化反应结果显示出来的，说明石墨烯的电子结构可以调变其表面的活性。另外，石墨烯的电子结构可以通过气体分子吸附的诱导而发生相应的变化，其不但对载流子的浓度进行改变，同时可以掺杂不同的石墨烯。
石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300w/mk，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管（3500w/mk）和多壁碳纳米管（3000w/mk）。当它作为载体时，导热系数也可达600w/mk。此外，石墨烯的弹道热导率可以使单位圆周和长度的碳纳米管的弹道热导率的下限下移。
石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极双层石墨烯场效应晶体管施加电压，石墨烯的带隙可在0~0.25ev间调整。施加磁场，石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。
当入射光的强度超过某一临界值时，石墨烯对其的吸收会达到饱和。这些特性可以使得石墨烯可以用来做被动锁模激光器。这种独特的吸收可能成为饱和时输入光强超过一个阈值，这称为饱和影响，石墨烯可饱和容易下可见强有力的激励近红外地区，由于环球光学吸收和零带隙。由于这种特殊性质，石墨烯具有广泛应用在超快光子学。石墨烯/氧化石墨烯层的光学响应可以调谐电。更密集的激光照明下，石墨烯可能拥有一个非线性相移的光学非线性克尔效应。
技术实现要素：
本发明提供一种高硬度石墨烯材料的制备方法，解决现有石墨烯材料成本高昂、压缩永久变形差、断裂伸长率低和硬度低等技术问题。
本发明采用以下技术方案：一种高硬度石墨烯材料的制备方法，步骤为：
第一步：按照组份的质量份数配比称取石墨100份、山梨糠醇酐单油酸酯10-30份、滑石粉3-5份、冰醋酸5-15份、铅0.5-4.5份、芳纶纤维15-25份、乌洛托品0.6-1份、二甲基乙酰胺15-35份、碳酸钙3-7份、二氧化硅2-6份、pvdf4-8份、邻苯二甲酸二异癸酯10-30份、三碱式硫酸铅8-12份、二氧化钛1.5-5.5份、抗氧剂2-6份；
第二步：将石墨、二甲基乙酰胺和pvdf投入研磨机中研磨20-30min，过300-400目筛后投入烘箱中干燥15-55min，再与山梨糠醇酐单油酸酯、滑石粉、冰醋酸和芳纶纤维一起投入带有温度计、加热装置和搅拌装置的反应釜中，升温至50-70℃，搅拌40-60min，搅拌速度160-200r/min；
第三步：加入乌洛托品、二氧化硅、邻苯二甲酸二异癸酯和三碱式硫酸铅，升温至75-85℃，恒温反应50-90min，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机中熔融塑化造粒；
第四步：再加入剩余原料，600-800℃下混合4-6h后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，煅烧后静置冷却即得。
作为本发明的一种优选技术方案：所述原料按照组份的质量份数配比包括如下：石墨100份、山梨糠醇酐单油酸酯10份、滑石粉3份、冰醋酸5份、铅0.5份、芳纶纤维15份、乌洛托品0.6份、二甲基乙酰胺15份、碳酸钙3份、二氧化硅2份、pvdf4份、邻苯二甲酸二异癸酯10份、三碱式硫酸铅8份、二氧化钛1.5份、抗氧剂2份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述原料按照组份的质量份数配比包括如下：石墨100份、山梨糠醇酐单油酸酯30份、滑石粉5份、冰醋酸15份、铅4.5份、芳纶纤维25份、乌洛托品1份、二甲基乙酰胺35份、碳酸钙7份、二氧化硅6份、pvdf8份、邻苯二甲酸二异癸酯30份、三碱式硫酸铅12份、二氧化钛5.5份、抗氧剂6份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述原料按照组份的质量份数配比包括如下：石墨100份、山梨糠醇酐单油酸酯20份、滑石粉4份、冰醋酸10份、铅2.5份、芳纶纤维20份、乌洛托品0.8份、二甲基乙酰胺25份、碳酸钙5份、二氧化硅4份、pvdf6份、邻苯二甲酸二异癸酯20份、三碱式硫酸铅10份、二氧化钛3.5份、抗氧剂4份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述抗氧剂采用亚磷酸酯。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中的烘箱烘干温度为60-80℃。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第四步中的混合速度为700-900r/min。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第四步中的煅烧条件为先升温至800-900℃，保温3-5h，再升温至950-1050℃，煅烧2-4h。
本发明所述一种高硬度石墨烯材料的制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、原料来源广泛，成本低廉，洛氏硬度110-150，力学性能好；2、各个组分之间具有协同作用，断裂伸长率高达600-800%，拉伸强度180-220mpa，热变形温度400-600℃；3、压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，缺口冲击强度70-90j/m；4、导电率高，高效节能，可以精确制备，各个组分之间产生协同作用，悬臂梁冲击强度130-150j/m，使用方便，导热性好，工艺简单，可以广泛使用。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
实施例1：
第一步：按质量份数配比称取：石墨100份、山梨糠醇酐单油酸酯10份、滑石粉3份、冰醋酸5份、铅0.5份、芳纶纤维15份、乌洛托品0.6份、二甲基乙酰胺15份、碳酸钙3份、二氧化硅2份、pvdf4份、邻苯二甲酸二异癸酯10份、三碱式硫酸铅8份、二氧化钛1.5份、亚磷酸酯2份。
第二步：将石墨、二甲基乙酰胺和pvdf投入研磨机中研磨20min，过300目筛后投入烘箱中干燥15min，烘箱烘干温度为60℃，再与山梨糠醇酐单油酸酯、滑石粉、冰醋酸和芳纶纤维一起投入带有温度计、加热装置和搅拌装置的反应釜中，升温至50℃，搅拌40min，搅拌速度160r/min。
第三步：加入乌洛托品、二氧化硅、邻苯二甲酸二异癸酯和三碱式硫酸铅，升温至75℃，恒温反应50min，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机中熔融塑化造粒；
第四步：再加入剩余原料，600℃下混合4h后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，混合速度为700r/min，煅烧条件为先升温至800℃，保温3h，再升温至950℃，煅烧2h，煅烧后静置冷却即得。
原料来源广泛，成本低廉，洛氏硬度110，力学性能好；各个组分之间具有协同作用，断裂伸长率高达600%，拉伸强度180mpa，热变形温度400℃；压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，缺口冲击强度70j/m；导电率高，高效节能，可以精确制备，各个组分之间产生协同作用，悬臂梁冲击强度130j/m，使用方便，导热性好，工艺简单，可以广泛使用。
实施例2：
第一步：按质量份数配比称取：石墨100份、山梨糠醇酐单油酸酯30份、滑石粉5份、冰醋酸15份、铅4.5份、芳纶纤维25份、乌洛托品1份、二甲基乙酰胺35份、碳酸钙7份、二氧化硅6份、pvdf8份、邻苯二甲酸二异癸酯30份、三碱式硫酸铅12份、二氧化钛5.5份、亚磷酸酯6份。
第二步：将石墨、二甲基乙酰胺和pvdf投入研磨机中研磨30min，过400目筛后投入烘箱中干燥55min，烘箱烘干温度为80℃，再与山梨糠醇酐单油酸酯、滑石粉、冰醋酸和芳纶纤维一起投入带有温度计、加热装置和搅拌装置的反应釜中，升温至70℃，搅拌60min，搅拌速度200r/min。
第三步：加入乌洛托品、二氧化硅、邻苯二甲酸二异癸酯和三碱式硫酸铅，升温至85℃，恒温反应90min，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机中熔融塑化造粒；
第四步：再加入剩余原料，800℃下混合6h后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，混合速度为900r/min，煅烧条件为先升温至900℃，保温5h，再升温至1050℃，煅烧4h，煅烧后静置冷却即得。
原料来源广泛，成本低廉，洛氏硬度130，力学性能好；各个组分之间具有协同作用，断裂伸长率高达700%，拉伸强度200mpa，热变形温度500℃；压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，缺口冲击强度80j/m；导电率高，高效节能，可以精确制备，各个组分之间产生协同作用，悬臂梁冲击强度140j/m，使用方便，导热性好，工艺简单，可以广泛使用。
实施例3：
第一步：按质量份数配比称取：石墨100份、山梨糠醇酐单油酸酯20份、滑石粉4份、冰醋酸10份、铅2.5份、芳纶纤维20份、乌洛托品0.8份、二甲基乙酰胺25份、碳酸钙5份、二氧化硅4份、pvdf6份、邻苯二甲酸二异癸酯20份、三碱式硫酸铅10份、二氧化钛3.5份、亚磷酸酯4份。
第二步：将石墨、二甲基乙酰胺和pvdf投入研磨机中研磨25min，过350目筛后投入烘箱中干燥35min，烘箱烘干温度为70℃，再与山梨糠醇酐单油酸酯、滑石粉、冰醋酸和芳纶纤维一起投入带有温度计、加热装置和搅拌装置的反应釜中，升温至60℃，搅拌50min，搅拌速度180r/min。
第三步：加入乌洛托品、二氧化硅、邻苯二甲酸二异癸酯和三碱式硫酸铅，升温至80℃，恒温反应70min，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机中熔融塑化造粒；
第四步：再加入剩余原料，700℃下混合5h后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，混合速度为800r/min，煅烧条件为先升温至850℃，保温4h，再升温至1000℃，煅烧3h，煅烧后静置冷却即得。
原料来源广泛，成本低廉，洛氏硬度150，力学性能好；各个组分之间具有协同作用，断裂伸长率高达800%，拉伸强度220mpa，热变形温度600℃；压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，缺口冲击强度70-90j/m；导电率高，高效节能，可以精确制备，各个组分之间产生协同作用，悬臂梁冲击强度150j/m，使用方便，导热性好，工艺简单，可以广泛使用。
以上是对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。