[发明专利]氟化石墨烯宏观组装体和石墨烯宏观组装体及其制备方法

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，公开了一种氟化石墨烯宏观组装体和石墨烯宏观组装体及其制备方法，本发明将石墨烯直接高温恒温氟化，制得更多垂直于平面C‑F键的氟化石墨烯而呈现出加强的自润滑和面外刚度，再将其常温模压成型即得高度紧密和毫米级厚度的氟化石墨烯宏观组装体,所制的氟化石墨烯宏观组装体高温脱氟后即得石墨烯宏观组装体。本发明提供的氟化石墨烯宏观组装体的制备方法操作简单，能耗低，成本低廉，有利于工业化生产，所制氟化石墨烯宏观组装体具有较好的力学强度和介电性能，氟化石墨烯宏观组装体高温脱氟制备的石墨烯宏观组装体具有良好的导电性能。本发明的制备方法适用于制备氟化石墨烯宏观组装体和石墨烯宏观组装体。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种碳基纳米材料，具体地说是一种氟化石墨烯宏观组装体及其制备方法与石墨烯宏观组装体。

背景技术

石墨烯具有优异的力学和物理化学性能，是21世纪最重要的新材料之一。目前，石墨烯已经成功应用于各种领域，包括能源、催化、润滑、电子电气和通信等领域。然而，石墨烯基材料从实验室走向大规模的实际应用，面临着一个关键的问题：石墨烯纳米片难以快速、有序和紧密地形成具有优异性能的宏观组装体。现有技术中通常采用简单方便的真空抽滤制备石墨烯膜，但是，真空抽滤的成型方式耗时、耗能，同时必须要有大量的溶剂辅助，而且制备的石墨烯膜的厚度一般小于30微米，不能得到具有一定厚度的结构材料。因此，我们急需发展一种直接成型技术去快速地宏量构筑高度紧密和高质量的石墨烯基自组装体，从而推动石墨烯材料的大规模应用。

氟化石墨烯是一种重要的石墨烯衍生物，相对于石墨烯，氟化石墨烯具有较低的表面能和较大的层间距，从而展现出优异的自润滑能力，同时，氟化石墨烯具有高官能化密度、能隙可调的特点，此外，它还具有优异的热稳定性、化学反应性、光电特性和生物应用特性，所以氟化石墨烯也被应用于各种领域。石墨烯转变为氟化石墨烯的同时也将sp²碳骨架转变为了sp³碳骨架，这就使得氟化石墨烯的面外刚度优于石墨烯，从而保证了氟化石墨烯纳米片在外力作用下难以弯曲，能够进行有序的层层紧密自组装。由于氟化石墨烯具有较好的自润滑能力和面外刚度，相对于石墨烯而言，可能通过模压成型，制备宏观组装体，我们则可以通过氟化石墨烯的宏观组装体制备石墨烯宏观组装体，而现有技术中也未有文献披露氟化石墨烯的宏观组装体的制备工艺。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种氟化石墨烯和石墨烯宏观组装体的制备方法，通过直接高温恒温氟化制备的氟化石墨烯具有相对与石墨烯更大的自润滑能力和面外刚度，从而使得氟化石墨烯可以直接模压成型；

本发明的另一个目的，是要提供由上述方法制备的氟化石墨烯宏观组装体，它具有较好的介电性能；

本发明还提供了一种石墨烯宏观组装体，上述氟化石墨烯宏观组装体通过高温脱氟处理可得石墨烯宏观组装体。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种氟化石墨烯宏观组装体的制备方法，将石墨烯进行氟化反应，制得氟化石墨烯后再模压成型，即得氟化石墨烯宏观组装体。

作为限定：在所述氟化反应之前，向反应装置通入氮气并抽出反应装置中的气体，进行氮气置换2-5次，使得反应装置的压强小于或等于100Pa,然后将反应装置内的温度升温至160-250℃，再以0.1-6L/min的速度向反应装置中通入氟化反应混合气，所述石墨烯的质量为100-1000mg，氟化反应混合气的体积为6-20L。

作为进一步限定：所述氟化反应混合气氟化反应混合气，为非活性气体和体积分数为2-30％的氟气的组合，或为非活性气体、5-20％氧气和体积分数为2-30％的氟气的组合。

作为更进一步限定：所述非活性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气、氮气和二氧化碳气体中的至少一种。