曲面石墨烯及其制备方法与流程

本发明涉及碳材料制备，具体涉及一种曲面石墨烯及其制备方法。

背景技术：

1、碳具有五种独特的晶体结构,包括金刚石、富勒烯(0-d纳米石墨材料)、碳纳米管(1-d纳米石墨材料)、石墨烯(2-d纳米石墨材料)和曲面石墨烯(3-d石墨材料)。

2、曲面石墨烯是碳元素的一种热力学不稳定但动力学较稳定的亚稳定物质，其结构为具有一定弯曲的石墨烯片层，从而使处于平衡状态的碳原子具有一定的应力并能处于较高能量状态。

3、曲面石墨烯作为一种单层碳原子构成的三维材料，具有独特的物理和化学性质，在电子器件、能源存储、生物和生命科学等领域具有重要应用价值。但目前，还没有关于碳单质单分散功能性曲面石墨烯结构物制备方法的报道，因此，如何制备曲面石墨烯成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种曲面石墨烯及其制备方法，解决了如何制备曲面石墨烯的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种曲面石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、制备胶态悬浮液

7、提供石墨质碳材料，将所述石墨质碳材料放置于纯水中，利用电子束轰击所述石墨质碳材料表面，形成胶态悬浮液；

8、s2、制备曲面石墨烯

9、向所述胶态悬浮液中交替发射低频、中频、高频的超声波组合，得到曲面石墨烯。

10、优选地，所述电子束轰击，电极板与石墨质碳材料板之间的电压为2-100伏，电流密度0.02-200ma/cm2，轰击时间为158-178小时。

11、优选地，所述石墨质碳材料选自结晶质、非晶质碳材料中的任一种。

12、优选地，所述石墨质碳材料选自单晶石墨、多晶石墨或石墨烯。

13、优选地，所述纯水选自去离子水、蒸馏水或超纯水中的任一种，所述纯水的电阻率大于18mω·cm。

14、优选地，所述超声波组合中低频为20-40千赫、中频为60-100千赫、高频为120-200千赫。

15、另一方面，提供一种所述的制备方法制备得到的曲面石墨烯，所述曲面石墨烯为水溶液。

16、优选地，所述曲面石墨烯水溶液的质量浓度为0.1％-0.45％，ph值为1.5-3.2。

17、优选地，所述曲面石墨烯水溶液的orp为280mv-380mv。

18、优选地，所述曲面石墨烯水溶液的电导率σ为1-5ms/cm。

19、优选地，所述曲面石墨烯水溶液的电动势e为280mv-380mv。

20、(三)有益效果

21、本发明提供了一种曲面石墨烯及其制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

22、本发明提供的曲面石墨烯的制备方法，包括提供石墨质碳材料，石墨质碳材料选自单晶石墨、多晶石墨或石墨烯，将石墨质碳材料放置于纯水中，利用电子束轰击石墨质碳材料表面，石墨质碳材料表面的碳原子层被剥离下来分散在纯水中形成胶态悬浮液；向胶态悬浮液中交替发射低频、中频、高频的超声波组合，超声波组合中低频为20-40千赫、中频为60-100千赫、高频为120-200千赫，得到曲面石墨烯水溶液。

23、在电子束轰击作用下，纯水产生氢气和氧气，氢气和氧气进一步产生-cooh、-oh、h+、o2-等基团，-cooh、-oh、h+、o2-等基团与被电子束剥离下来的碳原子层键合，从而修饰被剥离下来的碳原子层；在电极板(负极)与石墨质碳材料板(正极)之间的电压为2-100伏，电流密度为0.02-200ma/cm2，连续轰击158-178小时的条件下，被剥离下来的碳原子层会被层层剥离、层层修饰而形成曲面石墨烯结构物，由于修饰后的曲面石墨烯结构物颗粒之间具有相同电位而发生排斥，从而使制备的胶态悬浮液具有较好的分散性。再向胶态悬浮液中交替发射低频、中频、高频的超声波组合，超声波组合中低频为20-40千赫、中频为60-100千赫、高频为120-200千赫，超声波变化时，胶态悬浮液内的纯水受到压缩和稀疏作用，产生急剧的运动，从而产生空穴，使尺寸不稳定的微气泡在长大以致突然爆裂时产生冲击波，冲击波产生大量振动能，进一步使键断裂而产生大量的-cooh、-oh、h+、o2-等基团用于修饰曲面石墨烯结构物，从而使制备的曲面石墨烯水溶液静置24h后依然具有较好的分散性。

24、另外被修饰的曲面石墨烯结构物具有一定的功能性，因此，制备的曲面石墨烯具有一定的功能性。

技术特征：

1.一种曲面石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电子束轰击，电极板与石墨质碳材料板之间的电压为2-100伏，电流密度为0.02-200ma/cm2，轰击时间为158-178小时。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨质碳材料选自结晶质、非晶质碳材料中的任一种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纯水选自去离子水、蒸馏水或超纯水中的任一种，所述纯水的电阻率大于18mω·cm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声波组合中低频为20-40千赫、中频为60-100千赫、高频为120-200千赫。

6.一种由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的曲面石墨烯，其特征在于，所述曲面石墨烯为水溶液。

7.如权利要求6所述的曲面石墨烯，其特征在于，所述曲面石墨烯水溶液的质量浓度为0.1％-0.45％，ph值为1.5-3.2。

8.如权利要求6所述的曲面石墨烯，其特征在于，所述曲面石墨烯水溶液的orp为280mv-380mv。

9.如权利要求6所述的曲面石墨烯，其特征在于，所述曲面石墨烯水溶液的电导率σ为1-5ms/cm。

10.如权利要求6所述的曲面石墨烯，其特征在于，所述曲面石墨烯水溶液的电动势为280mv-380mv。

技术总结
本发明提供曲面石墨烯及其制备方法，涉及碳材料制备技术领域。曲面石墨烯的制备方法，包括如下步骤：提供石墨质碳材料，将所述石墨质碳材料放置于纯水中，利用电子束轰击所述石墨质碳材料表面，形成胶态悬浮液；向所述胶态悬浮液中交替发射低频、中频、高频的超声波组合，得到曲面石墨烯水溶液。制备的曲面石墨烯水溶液具有较好的分散性。

技术研发人员：朱光华,崔旭
受保护的技术使用者：北京旭华时代科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/21