[发明专利]一种各向异性石墨烯泡沫的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种各向异性石墨烯泡沫的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

新材料产业已成为进入21世纪以来发展最快的高新技术产业之一，也是各国竞相占领的技术高地。以石墨烯为代表的新型碳材料的研究获得一系列重大突破，2010年10月5日，英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆（Andre Geim）教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）教授因从事石墨烯的研究并揭示了其性质而获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。研究表明，石墨烯的电子迁移率较高，能把电极做得更薄、更透明，良好的导电性及其对光的高透过性使其在液晶显示以及太阳能电池等领域独具优势。石墨烯薄膜具有与碳纳米管薄膜相比拟的场发射特性，在半导体器件和平板显示等方面具有非常广泛的应用前景；由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，为量子电动力学现象的研究提供了理想的平台，具有重要的理论研究价值。此外，石墨烯与塑料复合后，可使其成为导体并提高其机械性能和耐热性。石墨烯与塑料复合制成的新材料，轻巧而坚固，可应用于新一代人造卫星、飞机及汽车等交通工具。因而，石墨烯可望在高性能纳米电子器件、复合材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛的应用。

石墨烯及其相关材料由于其优异的电学、热学和力学性能，引起了物理学界、材料学界的广泛关注。石墨烯的制备方法包括：微机械分离法,取向附生法—晶膜生长,加热SiC法,化学气相沉积法，化学还原法等。石墨烯是单分子平面材料，是一种二维结构，采用该二维结构材料构筑三维体材料的文献和专利尚很少见。2011年，中科院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室成会明、任文才带领研究团队制备出了石墨烯三维体材料（Chen ZP,Ren WC,Gao LB,Liu BL,Pei SF,Cheng HM,Three-dimensional flexible and conductive interconnected graphene networks grown by chemical vapour deposition.Nature Material,2011,10,424–428）。他们采用的方法是化学气相沉积：以铜或镍等泡沫金属为基体材料，单层碳原子附于泡沫金属的表面，这样，石墨烯体材料完整地复制了泡沫金属的结构；把铜或镍等基体金属材料蚀刻掉后，就得到了该石墨烯三维体材料。该方法采用了一种类似硬模板(以金属泡沫为模板)的方法制备出了三维石墨烯泡沫，但是化学气相沉积的方法，工艺条件较难控制，需要极为专业的人员精确调控，并且需要用铜或镍等泡沫金属作为硬模板，该硬模板的制备工艺较为复杂，价格较贵，且在蚀刻除去硬模板的过程中，可能形成一些影响石墨烯性能的缺陷。目前尚很少有采用自组装的方法来制备石墨烯泡沫，该方法相对于硬模板法而言，自组装法制备工艺更加简单，也没有环境污染的压力，且该方法能得到具有各向异性特征的石墨烯泡沫，对于发挥石墨烯的特性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有石墨烯制备方法中的不足，而提供一种各向异性石墨烯泡沫的制备方法，该方法未采用泡沫金属等基体材料，不需要除去金属泡沫模板，具有成本低廉、简单易行、可规模化生产等优点。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：

一种各向异性石墨烯泡沫的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)制备氧化石墨；

(2)制备氧化石墨烯分散液:将步骤（1）中制备的氧化石墨分散在溶液中,制备氧化石墨烯分散液；

(3)制备石墨烯分散液:向步骤2）中的分散液中添加表面活性剂或本身具有一定表面活性的还原剂作为保护剂，通过化学液相还原制备石墨烯分散液；

(4)制备各向异性石墨烯泡沫：破坏原有的石墨烯稳定体系，使石墨烯自组装成各向异性泡沫。

在本发明的一优选实施例中，制备具有各向异性石墨烯泡沫的方法，步骤1）中，制备氧化石墨的方法为Hummers方法、改良Hummers法、改良的Brodie方法、改良的Staudenmaier方法或Hofmann方法中的一种。

在本发明的一优选实施例中，所述的制备各向异性石墨烯泡沫的方法，步骤2）中，所述溶液为水或乙醇。

在本发明的一优选实施例中，所述的制备各向异性石墨烯泡沫的方法，步骤2）中，所述氧化石墨分散采用的是超声，或机械搅拌或两者共同实施。