一種石墨烯水性穩(wěn)定分散液的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石墨粉的技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種石墨烯水性穩(wěn)定分散液的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯，它是碳原子以Sp2雜化連接的單原子厚度的二維原子晶體，由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點(diǎn)陣上的碳原子組成，是世界上最薄的二維材料，其厚度僅為0.35nm。這種特殊結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象，使石墨烯表現(xiàn)出許多優(yōu)異性質(zhì)。超高比表面積(理論上單層石墨烯的比表面積可達(dá)2630m2/g)，超凡的電學(xué)特性和電子傳輸能力，不可預(yù)測的彎曲特性和不可滲透性，力學(xué)性能(石墨烯的強(qiáng)度是已測試材料中最高的，達(dá)130GPa，是鋼的100多倍)、熱力學(xué)性能、電導(dǎo)率都異于傳統(tǒng)材料，是一種新型材料并迅速成為材料領(lǐng)域的后起之秀，在許多科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
[0003]像碳納米管和許多其他納米材料一樣，由于石墨烯層間的范德華力，使得單層石墨烯會重新團(tuán)聚為石墨，因此石墨烯團(tuán)聚是應(yīng)用過程的一個棘手問題。目前，通過化學(xué)方法和熱膨脹-還原法來解決石墨烯團(tuán)聚的問題，在石墨烯片表面吸附一些其他分子和聚合物，利用自身斥力來達(dá)到分散的效果。
[0004]已發(fā)表的專利，例如:專利號為CN201510261567的“一種氧化石墨烯的改性方法”提出用減水劑改性氧化石墨烯，雖然驗(yàn)證了減水劑對氧化石墨烯有改性作用，但是氧化石墨烯表面含有大量羥基(一0H)、羧基(一C00H)、環(huán)氧基(一O—)等親水性官能團(tuán)，促進(jìn)氧化石墨烯的分散。專利號為CN104692374A的“一種高濃度石墨烯分散液的制備方法”和專利號為CN104495826A的“單層石墨烯分散液及其制備方法”均用濃酸等強(qiáng)氧化劑對石墨烯進(jìn)行氧化，破壞了石墨烯原有的結(jié)構(gòu)，使其物理化學(xué)性能有一定的損失，且制備過程中產(chǎn)生大量廢液，對環(huán)境極不友好。本發(fā)明為“一種石墨烯水性穩(wěn)定分散液的制備方法”，由于石墨烯表面僅含有極少量羥基(一0H)、羧基(一C00H)、環(huán)氧基(一O—)等親水官能團(tuán)，分散難度更大，但是分散工藝簡單易行，加工時間短，且時間穩(wěn)定性高，對于商業(yè)化石墨烯來說更具有應(yīng)用前景，也更加經(jīng)濟(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯水性穩(wěn)定分散液的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的采用濃酸及其他強(qiáng)氧化劑對石墨烯進(jìn)行預(yù)處理，造成對石墨烯的物理化學(xué)性能造成損失，產(chǎn)生對環(huán)境有任何污染的廢棄物的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種石墨烯水性穩(wěn)定分散液的制備方法，步驟如下:
[0008](I)將分散劑加入水中，磁力攪拌2-3min直至分散均勻，其中，分散劑與水的質(zhì)量體積比為0.5-5: lO-lOOg/mL；
[0009](2)將石墨烯加入到配制好的分散液中，其中，石墨烯與步驟(I)中的水的質(zhì)量體積比為0.1: 10-10(^/1111^，然后磁力攪拌2-3111；[11，超聲分散1-1011，得到高分散性的穩(wěn)定石墨稀水性分散液。
[0010]所述步驟(I)中，在分散劑加入水中之前，先將聚羧酸減水劑加入水中，磁力攪拌l-2min，其中，聚羧酸減水劑與水的質(zhì)量體積比為0.1-1: 10-100g/mL;隨后再進(jìn)行加入分散劑的步驟。
[0011 ]所述聚羧酸減水劑為德國西卡聚羧酸減水劑，固含量為40%。
[0012]所述分散劑為γ-二乙烯三氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、Ν-β-氨乙基-γ -氨丙基三乙氧基硅烷、Ν-β-氨乙基-γ -氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ -二乙烯三氨基丙基三甲基硅烷、3-氨丙基三羥基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷、3-脲丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種。
[0013]所述石墨稀為多層石墨稀，層數(shù)不超過9層，厚度不超過5nm。
[0014]所述超聲分散所用的儀器為超聲波清洗機(jī)，功率為20-80KHZ。
[0015]采用上述方法制備的石墨烯水性分散液的濃度為I?IOmg/L。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的方法不采用濃酸及其他強(qiáng)氧化劑對石墨烯進(jìn)行預(yù)處理，石墨稀會保持其原有的碳原子結(jié)構(gòu)，表面不會嫁接大量的含氧官能團(tuán)，一旦石墨稀被氧化成氧化石墨烯，石墨烯的物理化學(xué)性能就會發(fā)生改變，有一些希望利用的性能得到削弱，而本發(fā)明的方法利用分散劑本身在水中的水解特性，分散劑水解后吸附在石墨烯表面，利用靜電斥力，使石墨烯相互排斥，從而達(dá)到分散的目的，不會對石墨烯的物理化學(xué)性能造成損失，使石墨烯保持其優(yōu)異的光電等性能。并且本發(fā)明方法沒有洗滌等過程，使用的分散劑也無毒害，不會浪費(fèi)資源且不產(chǎn)生對環(huán)境有任何污染的廢棄物。本發(fā)明的方法所述的制備過程僅需兩步，儀器簡單，制備工藝簡單，操作方便，石墨烯在水中分散性好，穩(wěn)定度高。
【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施例1中分散前的石墨烯SEM圖；
[0018]圖2為實(shí)施例1中分散后的石墨烯TEM圖；
[0019]圖3為實(shí)施例1的分散后石墨烯與分散前的石墨烯XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021 ]下述實(shí)施例中，聚羧酸減水劑購于德國西卡，固含量為40 % ；超聲分散的儀器采用超聲波清洗機(jī)，功率為20-80KHZ。
[0022]實(shí)施例1
[0023](I)將0.Ig的聚羧酸減水劑加入10mL水中，磁力攪拌l_2min，加入0.5g γ -二乙烯三氨基丙基甲基二甲氧基硅烷，磁力攪拌2-3min直至分散均勻；
[0024](2)將0.1g石墨烯加入到配制好的分散液中，磁力攪拌2-3min，超聲分散lh，得到高分散性的穩(wěn)定石墨烯水性分散液。
[0025]從圖1中可以看出石墨烯由于自身的范德華力自發(fā)團(tuán)聚，導(dǎo)致在使用過程中分散不均勻，達(dá)不到預(yù)期效果。
[0026]從圖2中可以看出石墨烯呈現(xiàn)多層透明狀態(tài)，說明分散效果明顯。
[0027]如圖3，石墨烯在2Θ= 11°左右出現(xiàn)較強(qiáng)衍射峰，經(jīng)過分散劑分散后的石墨烯沒有衍射峰出現(xiàn)，呈完全無定形態(tài)，這是由于分散劑水解后，吸附在石墨烯表面，通過靜電排斥使石墨烯達(dá)到分散的目的，另一方面，分散劑上的親水基團(tuán)電離吸附在石墨烯表面，憎水基團(tuán)在界面定向排列，在超聲的作用下，使石墨烯在彼此排