一种石墨烯及其制备方法与应用

本发明涉及印刷，具体涉及一种石墨烯及其制备方法与应用。

背景技术：

1、石墨烯是一种由碳原子组成的二维蜂窝状晶格结构，其独特电子和结构特性使其在众多领域得到了广泛应用，包括晶体管、能源存储、传感器、显示器、光电和生物医学等，为了实现大规模、低成本的制造，石墨烯已经被开发成了可以溶液加工的油墨形式，并广泛应用于各种印刷技术中，如丝网印刷，刮刀涂覆，气溶胶喷射打印，喷墨印刷，凹版印刷等，为了实现石墨烯在溶剂中的稳定分散，目前，大多采用表面张力与石墨烯界面能相匹配的n,n-二甲基甲酰胺为溶剂，然而，由于n,n-二甲基甲酰胺有毒、价格昂贵且沸点高，在应用于印刷技术中，存在安全风险且难以去除。

2、现有技术公开了一种使用印刷或涂覆的方法制备石墨烯导电薄膜的方法，采用乙基纤维素、聚乙烯醇等聚合物分散剂制得石墨烯，充分发挥石墨烯高导电性能的优势，但该方法制得的石墨烯的收率低，且应用于印刷技术中，在对聚合物分散剂的去除时，处理温度过高，限制了基材以及基材与石墨烯集合成器件与其他材料的使用。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中采用液相剥离石墨制备石墨烯产率低的缺陷，从而提供一种石墨烯及其制备方法与应用，提高石墨烯的液相剥离产率。

2、本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中以石墨烯为原料的墨水应用于的印刷工艺中，去除分散剂的温度过高，导致基材应用范围有限的缺陷，从而提供一种石墨烯及其制备方法与应用。

3、一方面，本发明提供一种石墨烯制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1，在溶剂的存在下，将石墨和聚碳酸亚丙酯混匀，固液分离，得到上层分散液为第一石墨烯分散液。

4、在其中一个实施例中，还包括s2，将步骤s1得到的第一石墨烯分散液固液分离，得到滤渣为石墨烯粉末。

5、在其中一个实施例中，还包括s3，将步骤s2中得到的石墨烯粉末在溶剂中分散，得到第二石墨烯分散液，或，将步骤s2中得到的石墨烯粉末和聚碳酸亚丙酯在溶剂中分散，得到第二石墨烯分散液，或，将步骤s2中得到的石墨烯粉末和聚碳酸亚丙酯溶液混合，得到第二石墨烯分散液，其中，聚碳酸亚丙酯溶液为聚碳酸亚丙酯与溶剂的混合物。

6、在其中一个实施例中，所述步骤s1和/或步骤s3中的溶剂为四氢呋喃、n-甲基-2-吡咯烷酮、乙酸乙酯和二乙二醇单甲醚中的至少一种，优选为四氢呋喃、乙酸乙酯中的至少一种。

7、在其中一个实施例中，步骤s1中，石墨和聚碳酸亚丙酯的质量比为1:(1-8)。

8、优选的，所述步骤s1中的混匀方法包括将石墨和聚碳酸亚丙酯在160w-360w超声处理2h-12h。

9、在其中一个实施例中，所述步骤s1中的混匀方法可采用剪切混合方法实现石墨烯的剥离。

10、优选的，步骤s1中，所述固液分离的方法包括将混匀的石墨和聚碳酸亚丙酯在1000rpm-3000rpm转速下离心处理20min-60min，本发明实施例对超声后的分散液进行离心以去除未剥离的材料，得到的上层分散液也可以通过不同的离心速度来分离得到不同尺寸的石墨烯。

11、优选的，步骤s1中石墨和聚碳酸亚丙酯的质量总和与溶剂的体积比为(2-9):200，单位为mg:ml；和/或，

12、优选的，所述步骤s2中石墨烯分散液固液分离的方法为过滤。过滤后干燥可得颗粒状的石墨烯粉末。

13、优选的，所述步骤s3中，石墨烯粉末和聚碳酸亚丙酯的质量比为(5-200):(0-200)。

14、优选的，石墨烯粉末和聚碳酸亚丙酯的质量总和与溶剂的体积比为(5-400):1，单位为mg:ml。

15、另一方面，本发明提供一种由上述石墨烯制备方法制得的石墨烯。

16、另一方面，本发明提供一种墨水，包括上述的第一石墨烯分散液、石墨烯粉末和第二石墨分散液中的至少一种。

17、在其中一个实施例中，墨水在印刷技术中的应用，包括如下步骤，采用所述墨水进行印刷后，在150-250℃下加热30min-3h得到石墨烯薄膜。

18、优选的，所述墨水中石墨烯与聚碳酸亚丙酯混合物的浓度为1mg/ml-5000mg/ml，可以为5mg/ml-400mg/ml。

19、所述印刷和涂覆技术包括丝网印刷技术，柔版印刷技术，气溶胶喷射打印技术，喷墨印刷技术，凹版印刷技术，胶印技术，3d打印技术，激光打印技术，刮刀涂覆技术，喷涂技术，浸涂技术，滚涂技术，旋涂技术，刷涂技术，电泳涂覆技术等中的至少一种。

20、本发明技术方案，具有如下优点：

21、1.本发明提供的一种石墨烯制备方法，包括如下步骤，s1，在溶剂的存在下，将石墨和聚碳酸亚丙酯混匀，固液分离，得到上层分散液为第一石墨烯分散液。本发明采用由环氧丙烷和二氧化碳共聚而成的脂肪族热塑性塑料聚碳酸亚丙酯作为分散剂，利用聚碳酸亚丙酯的c-h键和石墨的π键形成范德华键，提高了石墨烯的液相剥离产率，聚碳酸亚丙酯分子之间的空间排斥力，能够增强石墨烯的分散稳定性。同时，聚碳酸亚丙酯的分解温度低，将其与石墨混合制得的石墨烯后，去除分散剂聚碳酸亚丙酯的温度低。

22、2.本发明提供的一种石墨烯制备方法，还包括s2，将步骤s1得到的石墨烯分散液固液分离得到滤渣为石墨烯粉末。本发明通过固液分离的方法能够将第一石墨烯分散液中的石墨烯分离得到石墨烯粉末。

23、3.本发明提供的一种石墨烯制备方法，还包括s3，将步骤s2中得到的石墨烯粉末和聚碳酸亚丙酯在溶剂中分散，得到第二石墨烯分散液。本发明采用聚碳酸亚丙酯与剥离后的石墨烯混合，能够有效的增加石墨烯的分散性，调节制得第二石墨烯分散液的流变性能，提高第二石墨烯分散液稳定性。

24、4.本发明提供的一种墨水，包括上述第一石墨烯分散液、石墨烯粉末或第二石墨烯分散液中的至少一种，该墨水能够应用于印刷技术中，采用第一石墨烯分散液和/或第二石墨烯分散液在所述印刷技术中的应用，包括如下步骤，采用所述墨水进行印刷后，在150-250℃下加热30min-3h得到石墨烯薄膜。相较于传统的聚合物分散剂，本发明采用聚碳酸亚丙酯能够降低分散剂的去除温度，简化了印刷石墨烯的后处理工艺，扩展了基材和材料的兼容性，同时也降低了工艺成本。

技术特征：

1.一种石墨烯制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的石墨烯制备方法，其特征在于，还包括s2，将步骤s1得到的第一石墨烯分散液固液分离，得到滤渣为石墨烯粉末。

3.根据权利要求2所述的石墨烯制备方法，其特征在于，还包括s3，将步骤s2中得到的石墨烯粉末在溶剂中分散，得到第二石墨烯分散液，或，

4.根据权利要求3所述的石墨烯制备方法，其特征在于，步骤s1和/或步骤s3中的溶剂为四氢呋喃、n-甲基-2-吡咯烷酮、乙酸乙酯和二乙二醇单甲醚中的至少一种；和/或，

5.根据权利要求4所述的石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的混匀方法包括将石墨和聚碳酸亚丙酯在160w-360w超声处理2h-12h；和/或，

6.根据权利要求5所述的石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤s2中石墨烯分散液固液分离的方法为过滤。

7.根据权利要求6所述的石墨烯制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，石墨烯粉末和聚碳酸亚丙酯的质量比为(5-200):(0-200)；和/或，

8.一种石墨烯，其特征在于，所述石墨烯根据权利要求1-7任一项所述的石墨烯制备方法制得。

9.一种墨水，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的第一石墨烯分散液、石墨烯粉末和第二石墨分散液中的至少一种。

10.权利要求9所述的墨水在印刷技术中的应用，其特征在于，包括如下步骤，

技术总结
本发明涉及印刷技术领域，具体涉及一种石墨烯及其制备方法与应用。本发明提供的一种石墨烯制备方法，包括如下步骤，S1，在溶剂的存在下，将石墨和聚碳酸亚丙酯混匀，固液分离，得到上层分散液为第一石墨烯分散液。本发明采用由环氧丙烷和二氧化碳共聚而成的脂肪族热塑性塑料聚碳酸亚丙酯作为分散剂，利用聚碳酸亚丙酯的C‑H键和石墨的π键形成范德华键，提高了石墨烯的液相剥离产率，聚碳酸亚丙酯分子之间的空间排斥力，能够增强石墨烯的分散稳定性。同时，聚碳酸亚丙酯的分解温度低，将其与石墨混合制得的石墨烯后，去除分散剂聚碳酸亚丙酯的温度低。

技术研发人员：玄宇镇,何慧慧,杜建
受保护的技术使用者：广东以色列理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17