一种石墨烯材料复合膨胀液配方及方法

自2004年被发现以来，石墨烯作为一种新型碳材料备受关注。它是一种完全由sp2杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有高透光性和导电性、高比表面积、高强度及柔韧性等优异的性能，可望在高性能纳电子器件、光电器件、气体传感器、复合材料、场发射材料及能量存储等领域获得广泛应用。目前，学术界广泛接受的石墨烯材料的定义为：碳原子层数在10层以内的石墨薄片，其厚度在3.5纳米以下。其中，发生在石墨层间的催化分解反应成为有效分解，可以使石墨膨胀制备石墨烯，而发生在插层石墨颗粒外部溶液中的催化分解反应则是无效分解，会造成反应物的消耗，同时会阻止反应物向石墨层间的扩散，从而抑制有效分解，造成插层石墨膨胀效果的劣化；因此，制备石墨烯的关键在于促进有效分解的同时抑制无效分解。最初，金属离子只存在于石墨层间，因此反应以有效分解为主；但随着反应的进行和石墨片层的剥离，层间金属离子逐渐溶解到液相中，当金属离子的浓度增大到一定程度时，会造成无效分解的加剧。特别是在大量制备（单批次制备数百公斤的石墨烯）时，物料量的增大，导致从石墨层间溶出的金属离子量巨大，反之物料的增多也使得金属离子在溶液中的扩散受阻，但由于上述专利中的膨胀液为草酸或过氧化氢溶液，该膨胀液不能对溶液中的金属离子加以处理，这就导致局部无效分解加剧，使得参与膨胀反应的有效物质量减少，导致插层石墨原料的膨胀不足，进而对石墨的膨胀产生不利影响。

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石墨烯材料复合膨胀液配方及方法，该技术的优点在于：一、该技术中的复合膨胀液由过氧化氢溶液、金属离子络合剂、酸碱度调节剂、表面张力调节剂和水均匀混合而成，其中，过氧化氢溶液的作用是与存在于石墨层间的金属离子(Mx+)发生反应，分解产生的氧气(O2)对石墨插层化合物起膨胀作用；金属离子络合剂的作用则是吸附溶解到溶液中的金属离子，使其失去催化活性，达到抑制无效分解的作用；酸碱度调节剂的作用是调整膨胀液和酸碱度，优化金属离子络合剂的络合效果；表面张力调节剂的作用是调整剥离液对石墨及石墨烯的浸润性，以促进膨胀剂向石墨层间的扩散，进而促进有效分解反应。由上述特定组份及含量组成的复合膨胀液，能够在膨胀反应过程中吸附溶液中的金属离子，使金属离子失去催化活性，在促进有效分解的同时抑制无效分解，保证石墨插层化合物能够完全彻底的膨胀。二、该技术中，如果过氧化氢溶液的浓度低于20%，将导致反应时间过长和反应不充分；如果过氧化氢溶液的浓度高于30%，又存在着反应加剧，反应不可控等安全问题，因此将过氧化氢溶液的浓度设定为20—30%，既保证了反应的温和性和安全性，又保证了反应的充分性。三、该技术中，金属离子络合剂、酸碱度调节剂和表面张力调节剂均可由一种或多种物料制成，具有原料易得和成本低廉的优点，现将该一种石墨烯材料复合膨胀液配方及方法及技术方案实施例介绍如下供研究交流参考：（611541  413599）

该项目由华炬新产品研究所技术咨询委员会多位专家根据目前国内该领域最新技术推荐的新技术、新产品、新工艺，包括技术工艺、技术创新、技术配方、方法步骤及实例等方面的推荐，供同仁参考交流，鉴于技术配方的特殊性不接受退款，请根据需要斟酌后支付，谢谢。