一种低成本常温下石墨烯的制备方法步骤

“石墨烯”这个术语很早之前便被提出，用来定义插层石墨化合物中独立的一层二维碳原子层。在一阶插层的结构中，二维碳原子层和插层物相邻，这种结构中的单层碳原子被叫做石墨烯。理论上，石墨烯曾被认为由于在非绝对零度下热振动引起涨落的不同，导致碳原子的涨落位移与原子间距相当，致使其热力学不稳定，无法在非绝对零度下存在。直到2004年，曼彻斯特大学的A. K. Geim教授采用胶带剥离法制备出独立存在的石墨烯，并且测试了其独特的物理性质，这种二维纳米炭材料才引起了全世界科学家的广泛关注和极大兴趣(Science 2004, 306: 666.)。石墨烯的特殊结构赋予了石墨烯很多优异的性能，如：奇特的量子霍尔效应、高杨氏模量（～1,100 GPa）、高弹性模量（130 GPa）、热导性能好（～5,000 Wm-1K-1）、电子迁移率高（200,000 cm2V-1s-1）、高比表面积（理论计算值，2,630 m2g-1）、透光性好、易于功能化等。这些优异的性能也使石墨烯在纳电子器件、透明导电膜、电极材料、复合材料等很多领域有着广阔的应用前景。但是目前石墨烯还不能宏量制备，昂贵的价格严重阻碍了石墨烯的应用进程。因此，如何宏量制备高质量、结构可控且价格低廉的石墨烯已成为目前石墨烯应用开发方面的主要瓶颈，也是急需解决的问题。目前制备石墨烯的方法主要有机械剥离法、SiC 基底表面外延生长法、化学气相沉积法及液相化学法。这几种方法各有优缺点，相比较而言，液相化学法对生产设备相对要求简单，可以制备相对宏量的样品，是目前实验室比较常用的制备石墨烯的方法。化学法制备石墨烯主要采用改性Hummers法，先得到氧化石墨，通过超声分散得到氧化石墨烯，然后再通过还原的方法得到石墨烯，这种方法制备工艺繁琐，并且容易产生大量的化学废液，不利于节约生产成本及环保。此外，化学氧化过程中会产生很多缺陷，从而严重影响石墨烯产品的品质。插层法由于工艺简单，在制备的过程中不会产生强氧化，是宏量制备高质量石墨烯的最有潜力的方法之一。近两年来，逐渐有了关于插层法制备石墨烯的报道，但是目前所报道的插层方法中还存在一些问题，不利于规模化制备石墨烯。其中通过卤素或金属卤化物进行插层的方法中，制备前物料的混合需要在手套箱中进行，且制备的石墨烯样品中卤素不好去除；另一种通过氯磺酸制备石墨烯，由于氯磺酸是强腐蚀性酸反应剧烈，且反应过程中会释放大量的热，不利于石墨烯的宏量制备。因此，目前石墨烯的宏量制备仍然是影响石墨烯规模化应用的一个关键问题，如果能够发明一种简单、快捷、高效的方法制备出宏量的石墨烯，对于石墨烯的应用具有非常重要的意义。

华炬新产品研究所技术咨询委员会科研人员现推荐一项一种低成本常温下石墨烯的制备方法步骤，该技术的特点及有益效果是：1、该技术采用不同尺寸的天然鳞片石墨作为原料，采用在室温下自然温和地进行插层与膨胀的方法制备石墨烯聚集体，再通过超声分散的方法实现石墨烯聚集体的剥离，并利用原位冷冻干燥技术得到宏量的石墨烯产品。2、该技术反应过程温和，无剧烈放热，无需特殊防护，工艺流程简单，制备成本低且石墨烯质量高，可有望实现石墨烯的规模化生产。该技术具有成本低（所用试剂种类及用量少、廉价），流程简单（无需或搅拌），安全可控（过程温和，无需特殊防护）等优点，因此可作为一种适于宏量制备石墨烯的理想方法，现将该一种低成本常温下石墨烯的制备方法步骤及技术方案实施例介绍如下供研究交流参考：（611541  413531）

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