一种等离子体辅助球磨制备石墨烯或类石墨烯的方法与流程

本发明属于二维纳米材料制备领域，特别涉及一种等离子体辅助球磨制备石墨烯或类石墨烯材料的方法。

背景技术：

石墨烯以六个碳原子的六边形为晶格、形成的一种蜂窝状、厚度为一个原子层的二维结构。石墨烯的碳原子之间以具有优异力学性质和刚性结构的σ键连接，赋予二维石墨烯极高的硬度和强度，杨氏模量为1100gpa，机械强度为1060gpa；碳原子的结合方式为sp²杂化，每个碳原子具有一个可在晶体中以高达光速的1/300的运动速度自由移动的p电子，赋予石墨烯极佳的导电性，常温下，其导电率高达15000cm²/v·s，而电阻率不到10^-6ω·cm；单原子层结构使其具有高透明性，比表面积高达2630m²/g。石墨烯的特殊结构及众多独特的性能，使其在传感器、太阳能电池、纳米电子学、复合材料、场发射材料、能量存储等领域具有广泛的应用前景。

对于目前石墨烯的几种主要的合成方法主要有：(1)机械剥离法：这种方法的制备工艺简单，成本低，样品质量高，但其尺寸不易控制，无法生长出足够长度的石墨烯，不适用于大规模制备；(2)取向附生法：此法获得的石墨烯薄片的厚度不均匀；(3)外延生长法：该方法能够制备出1-2个碳原子层厚度的石墨烯，但难以获得厚度均一得产品；(4)氧化还原法：此法成本低，高效环保，适用于大规模工业化生产，但易导致石墨烯物理化学性能的缺陷；(5)化学气象沉积法：此法较容易大规模控制材料尺寸结构，但工艺复杂，成本较高。上述石墨烯主要的制备方法各有其优缺点，总体来说，依然无法实现石墨烯大规模、高质量的工业化生产，满足目前市场的需求。类石墨烯材料与石墨烯一样，通常在制备的时候需要采用一些超声剥离或者化学气象生长的方法，在该过程中也有难以控制，能量消耗大，缺陷多。因此石墨烯和类石墨烯的制备方法任然有待探索和优化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种等离子体辅助球磨制备石墨烯或类石墨烯材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种等离子体辅助球磨制备石墨烯或类石墨烯的方法，将制备石墨烯或类石墨烯的原料和磨球放入等离子体辅助振动球磨装置进行等离子体辅助球磨，球磨完成后即得到石墨烯或类石墨烯。

上述的方法，优选的，所述制备石墨烯的原料为石墨粉；所述制备类石墨烯的原料为二硫化钼粉末。

上述的方法，优选的，所述制备石墨烯或类石墨烯的原料和磨球的质量比为0.5～5:100，进一步优选的为1：100。

上述的方法，优选的，所述等离子体辅助球磨过程在氩气的保护气气氛中进行，等离子体辅助振动球磨装置的振动频率为25hz，振幅为10mm双振幅，等离子体电源放电电压18kv，放电频率为8khz，输入电流为0.5-3a。

上述的方法，优选的，所述球磨的时间为1-5h，进一步优选的，为3h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的制备石墨烯或类石墨烯的方法，制备过程简单可控，制备周期短，整个过程不需添加任何其它的化学成分，得到的石墨烯不含杂质元素，得到的石墨烯或类石墨烯的物理、化学性能保持良好。

(2)本发明的制备方法相比传统的球磨制备的石墨烯方法，等离子体辅助球磨使得制备石墨烯或类石墨烯材料相比普通球磨法制备的石墨烯或类石墨烯，更好的保持了材料的整体结构，使石墨烯和类石墨烯材料层更薄。

(3)本发明的制备方法适用于大规模工业化生产，以满足市场对石墨烯和类石墨烯日益增长的需求。

(4)本发明的制备方法过程中，直接采用高纯的石墨粉作为原材料进行球磨，整个过程中在氩气的保护气氛围中进行，整个过程中未使用任何其他化学元素或者材料进行添加，最后得到的石墨烯材料及类石墨材料不含任何杂质。

附图说明

图1是本发明实施例1所采用的石墨粉的sem图。

图2是本发明实施例1制备得到的石墨烯的sem图。

图3是本发明对比例1使用普通球磨制备得到的石墨粉的sem图。

图4是本发明实施例1所制备的石墨烯与对比例1普通球磨制备的石墨粉的对比拉曼光谱图。

图5是本发明实施例2制备得到的类石墨烯的sem图。

图6是本发明对比例2使用普通球磨制备得到的类石墨烯的sem图。

图7是本发明实例1所得的石墨烯与对比例1普通球磨制备的石墨粉的对比的电化学线性伏安扫描曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的等离子体辅助球磨制备石墨烯的方法，具体操作步骤如下：

取200g磨球与2g石墨粉(其sem图如图1所示)放入等离子体辅助振动球磨装置中，设置球磨机的振动频率为25hz，振幅为10mm双振幅，等离子体电源放电电压18kv，放电频率为8khz，输入电流为1.5a，在氩气气氛下进行等离子体辅助球磨3h，即得到石墨烯。

本实施例得到的石墨烯的sem图如图2所示，使用等离子体辅助球磨制备得到的石墨烯具有很好的片层结构。

对比例1：

本对比例与实施例1的区别仅在于：关闭等离子体放电电源，对石墨粉末进行没有等离子体辅助的普通球磨，得到的石墨粉sem图如图3所示。如图3所示，经过普通球磨进行处理之后，石墨的整体结构还是保存其片的厚度。

从图2和图3对比可以看出，利于等离子体辅助球磨进行制备石墨使石墨烯具有更薄的片层结构，等离子体的加入能够更加有助于石墨的片与片之间的打开和剥离。

图4是本发明实施例1所制备的石墨烯与对比例1普通球磨制备的石墨粉的对比拉曼光谱图，由图可知，利用等离子体辅助球磨制备的石墨烯具有更薄和更好的结构。

图7是本发明实例1所所制备的石墨烯与对比例1普通球磨制备的石墨粉的对比电化学线性伏安曲线图，通过图7的对比可知，利用等离子体辅助球磨制备的石墨烯具有更大位点电容，并保持的良好的导电性。

实施例2：

一种本发明的等离子体辅助球磨制备类石墨烯的方法，具体操作步骤如下：

取200g磨球与2g二硫化钼粉末放入等离子体辅助振动球磨装置中，设置球磨机的振动频率为25hz，振幅为10mm双振幅，等离子体电源放电电压18kv，放电频率为8khz，输入电流为1.5a，在氩气气氛下进行等离子体辅助球磨3h，即得到类石墨烯。

本实施例得到的类石墨烯的sem图如图5所示，得到的类石墨烯材料都有很好的片层结构。

对比例2：

本对比例与实施例2的区别仅在于：关闭等离子体放电电源，对二硫化钼粉末进行没有等离子体辅助的普通球磨，得到的类石墨烯sem图如图6所示。

从图5和图6比较可知，等离子体辅助球磨制备的类石墨烯具有片状结构，采用普通球磨法制备的材料结构完全被破坏，不利于制备薄层的类石墨烯材料。