[发明专利]石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学领域，特别涉及一种石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是已知材料中最薄的一种，质料非常牢固坚硬，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论才能描绘。 

石墨烯是一种二维晶体，人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。发展简史。第一：石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；第二：石墨烯是世界上导电性最好的材料。

石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂　石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。 因此，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。

     石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。

发明内容

本发明的目的提供一种石墨烯的制备方法，以解决现有技术的问题。

      本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

a、利用氧化反应将石墨氧化为氧化石墨； 

b、氧化后的石墨通过超声剥离而形成氧化石墨烯；

c、然后加入还原剂进行还原，从而得到石墨烯。

步骤a中，氧化方法为：Brodie法、Staudenmaier法及Hummers法。

步骤c中，还原剂为水合肼、NaBH、以及强碱超声还原的一种

在步骤c中，加入氨水。

本发明的有益效果是：通过化学氧化还原法可以实现石墨烯的大批量制备，且中间产物氧化石墨烯在水中的分散性较好，易于实现对石墨烯的改性及功能化，因此该方法常被用于复合材料、储能等研究中。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

 一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

1、利用氧化反应将石墨氧化为氧化石墨；通过在石墨层与层之间的碳原子上引入含氧官能团而增大层间距，进而削弱层间的相互作用；氧化方法为：Brodie法、Staudenmaier法及Hummers法，其原理均是先用强酸对石墨进行处理，然后加入强氧化剂进行氧化。

2、氧化后的石墨通过超声剥离而形成氧化石墨烯，

3、然后加入还原剂进行还原，从而得到石墨烯。还原剂为水合肼、NaBH、以及强碱超声还原等。由于价格比较昂贵且容易残留B元素，而强碱超声还原虽然操作简单且较环保，但很难还原彻底，还原后通常会有大量含氧官能团的残留，因而通常采用较廉价水合肼来还原氧化石墨。水合肼还原的优点在于还原能力较强且水合肼易于挥发，在产物中不会残留杂质。

在步骤c中，加入氨水，一方面提高水合肼的还原能力，另一方面可以使石墨烯的表面因带负电荷而相互排斥，进而减少石墨烯的团聚。