[发明专利]一种石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

一种石墨烯复合材料及其制备方法，属于石墨烯技术领域。该石墨烯复合材料通过以下步骤制得：将石墨烯溶液加入容器中，再将矿物材料加入此石墨烯溶液中混合后使石墨烯与矿物发生相互作用结合得到石墨烯/矿物复合体混合液，待此石墨烯/矿物复合体混合液静置分层后，将所得的石墨烯/矿物复合体混合液去除溶剂，即得到石墨烯复合材料产品。本发明利用各种矿物在水或/和其他有机溶剂中会呈表面带电的特性，使溶剂中石墨烯可以与矿物通过各种电荷间相互作用迅速结合在一起，具有极为有益的工业和商业效果。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，具体涉及一种石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，人们发现石墨烯是一种由碳原子按照六边形排布并相互连接而成的特殊二维材料，具有高导电性、超高机械强度、超大比表面积、极高热导率、高透明性等极其优异的综合物理性能，可以被用来制备高灵敏度传感器、超级电池及高效太阳能电池等多种新型器件，在电子、建筑、航天军工、塑料、橡胶、新能源等各种领域具有重要应用价值。

为了实现和满足石墨烯的大规模工业化生产和实际应用需求，人们对石墨烯的制备方法进行了大量研究。比如，微机械剥离法通过直接从原料剥离来获得高质量石墨烯，虽然该方法操作相对简单，但具有耗时、产率低下、产品尺寸不易控制等缺点；气相沉积法（CVD）和SiC热分解法在高温下使碳源物质分解生成石墨烯，虽可以满足生产高质量石墨烯的要求，但具有成本较高、工艺复杂的缺陷；氧化法是目前最常用的制备石墨烯的方法，该方法将氧化石墨加入溶剂中超声处理即可获得石墨烯溶液，但所获得的石墨烯的物理性能却由于强氧化剂等物质的作用受到较大破坏，且伴随有很大的环境污染问题；Hernandez等人（Nature Nanotechnology 2008, 3, 563-568）通过使用与石墨烯表面能匹配的有机溶剂如NMP制得了高质量石墨烯溶液；此外，其他还有诸如溶剂热法、微波法等许多新的石墨烯制备方法。然而，要将石墨烯真正应用到各个工业领域去发挥石墨烯各种优异性能的价值，还面临着各种应用技术问题，比如，在将获得的石墨烯溶液加工成石墨烯粉体时，直接加热烘干会导致石墨烯粉体的大量团聚，而采用冷冻干燥等技术制备石墨烯粉体又会面临成本高等问题，不同方法制备的石墨烯粉体能否与其他材料均匀混合或结合成更优异的功能复合材料，不同工艺获得的石墨烯溶液怎样直接与其他功能材料复合以发挥石墨烯的最大价值，诸如此类的问题仍然限制着石墨烯在各个领域的大规模应用。

因而，为了进一步满足石墨烯产业化应用的实际需求，寻求一种工艺简单、生产成本低且同时能发挥出石墨烯优异综合物理性能的石墨烯复合材料的高效生产方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种石墨烯复合材料及其制备方法的技术方案。

所述的一种石墨烯复合材料，其特征在于通过以下步骤制得：

将石墨烯溶液加入容器中，再将矿物材料加入此石墨烯溶液中混合后使石墨烯与矿物发生相互作用结合得到石墨烯/矿物复合体混合液，待此石墨烯/矿物复合体混合液静置分层后，将所得的石墨烯/矿物复合体混合液去除溶剂，即得到石墨烯复合材料产品；

所述的矿物材料为石英、云母、透辉石、硅灰石、闪石、方解石、铝矾土、长石、重晶石、石灰石、石膏、霞石、滑石、伊利石、萤石、白榴石、白云石、蛇纹石、花岗岩、大理石、莫来石、高岭石中的一种或任意几种的混合物。

所述的一种石墨烯复合材料，其特征在于所述的石墨烯溶液为：将石墨烯加入水或/和有机溶剂中形成的石墨烯溶液或通过石墨烯制备方法直接得到的石墨烯溶液，所述的石墨烯制备方法可以为氧化还原法、机械剥离法、液相剥离法、插层法、微波法、溶剂热法。