[发明专利]一种新型石墨烯—碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种新型石墨烯—碳纳米管复合材料的制备方法，通过对40～50层的多壁碳纳米管进行原位剥离，得到数十层的碳纳米管溶液，加入石墨烯，制得石墨烯—多壁碳纳米管的混合水溶液，接着进行水热处理，实现自组装，得到石墨烯—碳纳米管的复合材料，为碳功能材料的制备提出了新的方法，也扩宽了碳复合材料的应用范围。

技术领域

本发明属于碳功能复合材料领域，更加具体地说，涉及一种新型石墨烯—碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)分别在1991年和2004年被人们所发现,而且从它们被发现的那天起就一直备受瞩目。尽管引发无数热议，但仍然是诸多领域研发者的重点关注对象，由于其具有许多独特而优异的特性，使石墨烯和碳纳米管在许多领域有着广泛的应用。碳纳米管和石墨烯分别是优良的一维和二维碳材料,它们分别体现出了一维的和二维的各向异性，如导电性、力学性能和导热性等。为了结合两者的优点，人们将石墨烯和碳纳米管共同用于复合材料。石墨烯和碳纳米管复合材料形成三维网状结构，通过它们之间的协同效应，使其表现出比任意一种单一材料更加优异的性能，例如更好的各向同性导热性、各向同性导电性、三维空间微孔网络等特性。基于以上性质，使得石墨烯/碳纳米管复合材料在超级电容器、太阳能电池、显示器、生物检测、燃料电池等方面有着良好的应用前景。由此可见，石墨烯/碳纳米管复合材料越来越多的被人们所应用,也使得石墨烯/碳纳米管复合材料的制备和应用得到更加广泛的关注。

石墨烯是由单层六角原胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体，是构建其它维度碳质材料(如0D富勒烯、1D富勒烯、3D石墨)的基本单元。其理论比表面积可达2 600m2/g，室温下，既有较突出的导电性能和力学性能，又具有较高的电子迁移率。与二维晶体石墨烯相比，三维石墨烯由于具有较二维石墨烯更高的比表面积和活性，在催化、传感、环保和储能等领域具有重要应用价值，更引起了人们的广泛关注。因此制取石墨烯—碳纳米管复合材料具有广泛的潜在应用，无论是电池方面，还是其力学性能方面，都具有良好的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型石墨烯—碳纳米管复合材料的制备方法，得到的三维石墨烯—碳纳米管网络结构复合材料具有良好的机械性能，为碳功能材料的制备提出了新的方法，也扩宽了碳复合材料的应用范围。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种新型石墨烯—碳纳米管复合材料的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，原位剥离碳纳米管

将多壁碳纳米管置于浓硝酸中，在80—100摄氏度下进行回流处理，以将多壁碳纳米管剥离为小于20层的碳纳米管，回流处理结束后自然冷却至室温20—25摄氏度，使用盐酸对固体进行洗涤后，进行透析烘干，得到原位剥离的碳纳米管；

在步骤1中，浓硝酸的质量百分数为65—68wt％。

在步骤1中，多壁碳纳米管为40～50层的多壁碳纳米管。

在步骤1中，冷却至室温后使用稀盐酸进行洗涤，将所得固体用去离子水透析，洗去表面的杂质，以及将其洗涤至中性，再将其置于80—100℃烘箱中进行干燥处理，干燥时间为8—12h，得到原位剥离的碳纳米管。

在步骤1中，在60—80摄氏度下进行回流处理10—20小时，优选12—16小时。

在步骤1中，稀盐酸的质量百分数为5—8wt％。

在步骤1中，原位剥离的碳纳米管为10—16层。

步骤2，将步骤1得到的原位剥离的碳纳米管置于分散石墨烯的溶液中并使碳纳米管和石墨烯在溶液中均匀分散，形成石墨烯—碳纳米管的混合溶液；

在步骤2中，混合溶液的溶剂为水。