石墨烯纳米带及其制备方法
石墨烯纳米带及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤：(a)清洗加热；(b)冷却剥离。本发明的石墨烯纳米带的制备中，采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能，使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚，而且制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。
【专利说明】石墨烯纳米带及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学材料合成领域，尤其涉及一种石墨烯纳米带及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，而且还非常牢固坚硬，作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
[0003]石墨烯纳米带不仅拥有石墨烯的性能，还具备一些特殊的性能，例如其长径比很大，可高达上千倍，在集成电路方面可代替铜导线，以进一步提高集成度，亦可对其结构进行改性制备成开关器件。但目前由于石墨烯纳米带制备过程中存在尺寸控制困难、产量低的问题，从而限制了其应用。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种石墨烯纳米带及其制备方法，采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能，使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚，而且制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大
批量生产。
[0005]为达到本发明的发明目的，本发明采用的技术方案为:一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤。
[0006](^)清洗加热:碳纳米管分别经酸溶液、碱溶液搅拌浸泡，过滤后再经超声清洗，再次过滤并干燥至恒重，在惰性气体保护下加热到800~10001后保温3~5分钟。
[0007](^)冷却剥离:取出所述碳纳米管并置于-17(^-2001的环境中保持3~5分钟，取出后将所述碳纳米管再按质量体积比为:(10~100)01加到离子液体中进行剥离处理，剥离物经过滤、清洗过滤、干燥至恒重后，得到石墨烯纳米带。
[0008]在所述步骤⑷中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。
[0009]在所述步骤仏)中，所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的浓度为0.1~
0.511101/匕
[0010]在所述步骤(￡1)中，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液的浓度为
0.1 ~0.511101/1。
[0011]在所述步骤(幻中，所述搅拌浸泡的时间为30~60分钟，所述超声清洗的时间为30~60分钟。
[0012]在所述步骤 中，所述惰性气体为氦气或氩气，所述加热是在马弗炉中进行的。
[0013]在所述步骤$)中，所述-17(^-2001的环境为液氮、液氩或液氢构成的。
[0014]在所述步骤㈦中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基_3，5- 二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1，3- 二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1，3- 二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。
[0015]在所述步骤(b)中，所述剥离物的清洗过滤包括:先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤。
[0016]本发明还包括利用上述制备方法制得的石墨烯纳米带。
[0017]与现有技术相比，本发明的石墨烯纳米带及其制备方法，存在以下的优点:
[0018]1.采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能。
[0019]2.使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚。
[0020]3.制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明实施例1所制备的石墨烯纳米带SEM图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。
[0023]本发明的石墨烯纳米带的制备过程大致分为以下步骤。
[0024]制备石墨烯纳米带:(a)先将碳纳米管分别用浓度为0.1?0.5mol/L的酸溶液、碱溶液各浸泡搅拌30?60分钟后去除杂质与油污(同时也起到对碳纳米管进行腐蚀的作用)，然后清洗过滤。用乙醇、丙酮浸泡碳纳米管，并置于超声清洗仪里超声30?60分钟后，过滤并转移到真空干燥箱干燥至恒重。
[0025](b)取出干燥好的碳纳米管，放在马弗炉里，在惰性气体保护下加热到800?1000°C后保温3?5分钟，使碳纳米管均匀受热。
[0026](c)将碳纳米管迅速转移到装有液态气体的钢瓶里，在-17(T-20(TC的低温环境(由液氮、液IS或液氢构成)中保持5?30分钟后再将碳纳米管按质量体积比为Ig: (10?100) mL在搅拌下快速加到装有离子液体的容器里，使碳纳米管瞬间受巨大温差而剥离，即制得石墨烯纳米带。
[0027](d)将石墨烯纳米带过滤，然后用有机溶剂清洗3?6次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于60?10(TC真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。
[0028]其中，碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸中的一种，碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾。液态气体为液氮、液IS或液氢，惰性气体为氦气或氩气。
[0029]有机溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮(英文缩写，NMP)或者N，N_ 二甲基甲酰胺(英文缩写，DMF)，能有效去除离子液体。
[0030]离子液体具体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(EtMeImBF4)U-乙基_3_甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(EtMeImN(CF3SO2)2)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF3SO3X
1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸(EtMeImCF3CO2)U-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰夜氮的钢瓶里，在-2001的液氮中保持301001的比例在搅拌下快速加到装有1-乙的容器里，使多壁碳纳米管瞬间受巨大温差
青洗6次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗辱到石墨烯纳米带。
「双壁碳纳米管分别用浓度为0.3—1/1硫余杂质与油污(同时也起到对碳纳米管进行仅壁碳纳米管，一起置于超声清洗仪里超声、；
马弗炉里，在氩气保护下加热到9001后保
夜氩的钢瓶里，在-170 00的液氩中保持20001111的比例在搅拌下快速加到装有1-乙:000离子液体的容器里，使双壁碳纳米管基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF3SO3)离子液体的容器里，使单壁碳纳米管瞬间受巨大温差而剥离，即制得石墨烯纳米带。
[0044](d)将石墨烯纳米带过滤，然后用NMP清洗5次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于10(TC真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。
[0045]图1为实施例1所制备的石墨烯纳米带的SEM图，从图中可以看出，石墨烯纳米带已经成功制备，石墨烯纳米带的宽度约为20?50nm,长度约为2?5um,长径比约为40?250。
[0046]下表I为实施例4?11的具体参数，实施例4?11的工艺步骤与实施例1?3相同，不同之处在于工艺参数和工艺条件，在此对其工艺步骤不再赘述。
[0047]表I
【权利要求】
1.一种石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (a)清洗加热:碳纳米管分别经酸溶液、碱溶液搅拌浸泡，过滤后再经超声清洗，再次过滤并干燥至恒重，在惰性气体保护下加热到800?1000°C后保温3?5分钟； (b)冷却剥离:取出所述碳纳米管并置于-17(T-20(TC的环境中保持3?5分钟，取出后将所述碳纳米管再按质量体积比为Ig:(10?100)ml加到离子液体中进行剥离处理，剥离物经过滤、清洗过滤、干燥至恒重后，得到石墨烯纳米带。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的浓度为0.1?0.5mol/Lo
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液的浓度为0.1?0.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述搅拌浸泡的时间为30?60分钟，所述超声清洗的时间为30?60分钟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述惰性气体为氦气或氩气，所述加热是在马弗炉中进行的。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述-17(T-200 °C的环境为液氮、液気或液氢构成的。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基-3，5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1，3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述剥离物的清洗过滤包括:先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤。
10.一种权利要求1至9任一所述的制备方法制得的石墨烯纳米带。
【文档编号】B82Y30/00GK103833023SQ201210490950
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年11月27日
【发明者】周明杰, 袁新生, 王要兵, 钟辉 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤：(a)清洗加热；(b)冷却剥离。本发明的石墨烯纳米带的制备中，采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能，使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚，而且制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。
【专利说明】石墨烯纳米带及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学材料合成领域，尤其涉及一种石墨烯纳米带及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，而且还非常牢固坚硬，作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
[0003]石墨烯纳米带不仅拥有石墨烯的性能，还具备一些特殊的性能，例如其长径比很大，可高达上千倍，在集成电路方面可代替铜导线，以进一步提高集成度，亦可对其结构进行改性制备成开关器件。但目前由于石墨烯纳米带制备过程中存在尺寸控制困难、产量低的问题，从而限制了其应用。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种石墨烯纳米带及其制备方法，采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能，使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚，而且制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大
批量生产。
[0005]为达到本发明的发明目的，本发明采用的技术方案为:一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤。
[0006](^)清洗加热:碳纳米管分别经酸溶液、碱溶液搅拌浸泡，过滤后再经超声清洗，再次过滤并干燥至恒重，在惰性气体保护下加热到800~10001后保温3~5分钟。
[0007](^)冷却剥离:取出所述碳纳米管并置于-17(^-2001的环境中保持3~5分钟，取出后将所述碳纳米管再按质量体积比为:(10~100)01加到离子液体中进行剥离处理，剥离物经过滤、清洗过滤、干燥至恒重后，得到石墨烯纳米带。
[0008]在所述步骤⑷中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。
[0009]在所述步骤仏)中，所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的浓度为0.1~
0.511101/匕
[0010]在所述步骤(￡1)中，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液的浓度为
0.1 ~0.511101/1。
[0011]在所述步骤(幻中，所述搅拌浸泡的时间为30~60分钟，所述超声清洗的时间为30~60分钟。
[0012]在所述步骤 中，所述惰性气体为氦气或氩气，所述加热是在马弗炉中进行的。
[0013]在所述步骤$)中，所述-17(^-2001的环境为液氮、液氩或液氢构成的。
[0014]在所述步骤㈦中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基_3，5- 二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1，3- 二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1，3- 二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。
[0015]在所述步骤(b)中，所述剥离物的清洗过滤包括:先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤。
[0016]本发明还包括利用上述制备方法制得的石墨烯纳米带。
[0017]与现有技术相比，本发明的石墨烯纳米带及其制备方法，存在以下的优点:
[0018]1.采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能。
[0019]2.使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚。
[0020]3.制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明实施例1所制备的石墨烯纳米带SEM图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。
[0023]本发明的石墨烯纳米带的制备过程大致分为以下步骤。
[0024]制备石墨烯纳米带:(a)先将碳纳米管分别用浓度为0.1?0.5mol/L的酸溶液、碱溶液各浸泡搅拌30?60分钟后去除杂质与油污(同时也起到对碳纳米管进行腐蚀的作用)，然后清洗过滤。用乙醇、丙酮浸泡碳纳米管，并置于超声清洗仪里超声30?60分钟后，过滤并转移到真空干燥箱干燥至恒重。
[0025](b)取出干燥好的碳纳米管，放在马弗炉里，在惰性气体保护下加热到800?1000°C后保温3?5分钟，使碳纳米管均匀受热。
[0026](c)将碳纳米管迅速转移到装有液态气体的钢瓶里，在-17(T-20(TC的低温环境(由液氮、液IS或液氢构成)中保持5?30分钟后再将碳纳米管按质量体积比为Ig: (10?100) mL在搅拌下快速加到装有离子液体的容器里，使碳纳米管瞬间受巨大温差而剥离，即制得石墨烯纳米带。
[0027](d)将石墨烯纳米带过滤，然后用有机溶剂清洗3?6次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于60?10(TC真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。
[0028]其中，碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸中的一种，碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾。液态气体为液氮、液IS或液氢，惰性气体为氦气或氩气。
[0029]有机溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮(英文缩写，NMP)或者N，N_ 二甲基甲酰胺(英文缩写，DMF)，能有效去除离子液体。
[0030]离子液体具体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(EtMeImBF4)U-乙基_3_甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(EtMeImN(CF3SO2)2)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF3SO3X
1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸(EtMeImCF3CO2)U-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰夜氮的钢瓶里，在-2001的液氮中保持301001的比例在搅拌下快速加到装有1-乙的容器里，使多壁碳纳米管瞬间受巨大温差
青洗6次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗辱到石墨烯纳米带。
「双壁碳纳米管分别用浓度为0.3—1/1硫余杂质与油污(同时也起到对碳纳米管进行仅壁碳纳米管，一起置于超声清洗仪里超声、；
马弗炉里，在氩气保护下加热到9001后保
夜氩的钢瓶里，在-170 00的液氩中保持20001111的比例在搅拌下快速加到装有1-乙:000离子液体的容器里，使双壁碳纳米管基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF3SO3)离子液体的容器里，使单壁碳纳米管瞬间受巨大温差而剥离，即制得石墨烯纳米带。
[0044](d)将石墨烯纳米带过滤，然后用NMP清洗5次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于10(TC真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。
[0045]图1为实施例1所制备的石墨烯纳米带的SEM图，从图中可以看出，石墨烯纳米带已经成功制备，石墨烯纳米带的宽度约为20?50nm,长度约为2?5um,长径比约为40?250。
[0046]下表I为实施例4?11的具体参数，实施例4?11的工艺步骤与实施例1?3相同，不同之处在于工艺参数和工艺条件，在此对其工艺步骤不再赘述。
[0047]表I
【权利要求】
1.一种石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (a)清洗加热:碳纳米管分别经酸溶液、碱溶液搅拌浸泡，过滤后再经超声清洗，再次过滤并干燥至恒重，在惰性气体保护下加热到800?1000°C后保温3?5分钟； (b)冷却剥离:取出所述碳纳米管并置于-17(T-20(TC的环境中保持3?5分钟，取出后将所述碳纳米管再按质量体积比为Ig:(10?100)ml加到离子液体中进行剥离处理，剥离物经过滤、清洗过滤、干燥至恒重后，得到石墨烯纳米带。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的浓度为0.1?0.5mol/Lo
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液的浓度为0.1?0.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述搅拌浸泡的时间为30?60分钟，所述超声清洗的时间为30?60分钟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述惰性气体为氦气或氩气，所述加热是在马弗炉中进行的。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述-17(T-200 °C的环境为液氮、液気或液氢构成的。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基-3，5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1，3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1，3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述剥离物的清洗过滤包括:先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤。
10.一种权利要求1至9任一所述的制备方法制得的石墨烯纳米带。
【文档编号】B82Y30/00GK103833023SQ201210490950
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年11月27日
【发明者】周明杰, 袁新生, 王要兵, 钟辉 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司
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