一种鳞片状石墨烯的制备方法和使用该方法制备的鳞片状石墨烯器件
专利汇可以提供一种鳞片状石墨烯的制备方法和使用该方法制备的鳞片状石墨烯器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种鳞片状 石墨 烯的制备方法和使用该方法制备的鳞片状 石墨烯 器件。其特征在于，本发明以 鳞片石墨 为原料，通过膨胀压延获得膨胀石墨薄片，然后贴合到金属薄片上，在 电解 质溶液中该复合片作为工作 电极 通电制得价数较低、得率较高的石墨层间化合物，最后剥离所述的石墨层间化合物制得带有基体金属或非金属导体和 半导体 的鳞片状石墨烯器件。该方法制得的石墨烯其中至少有一边紧贴合在一种基体金属或非金属导体和半导体上呈鳞片状，该器件具有优良的 导电性 、导热性和巨大的 比表面积 。该发明的优点为:原料来源广泛、成本低廉、制备方法简捷环保；该方法直接获得应用范围广泛的石墨烯器件，适合大规模推广应用和生产。，下面是一种鳞片状石墨烯的制备方法和使用该方法制备的鳞片状石墨烯器件专利的具体信息内容。
1.一种鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，以柔性膨胀鳞片石墨为原料，通过压延制成膨胀石墨薄片，再与金属导体、非金属导体或者半导体通过复合制得膨胀石墨的复合材料薄片，然后将制得的膨胀石墨的复合材料薄片在电解液中通电制得石墨片层间生成有化合物的鳞片状膨胀石墨的复合材料薄片，最后用微波、超声、高温或者电解处理鳞片状膨胀石墨的复合材料薄片从而实现鳞片状膨胀石墨片层剥离制得鳞片状石墨烯以及对应的鳞片状石墨烯器件。
2.根据权利要求1所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于:
(1)所述的压延是将柔性膨胀石墨通过多次辊压逐步获得膨胀石墨薄片；
(2)所述的复合是在膨胀石墨薄片表面通过导电粘合剂粘合、电沉积、化学沉积、真空喷涂或者热压从而制得金属导体、非金属导体或者半导体与膨胀石墨薄片的复合材料薄片;
（3）所述的通电制得石墨片层间生成有化合物的鳞片状膨胀石墨，是将金属导体、非金属导体或者半导体与膨胀石墨薄片的复合材料薄片作为工作电极与选取的对电极在电解质溶液中通电电解制得石墨层间化合物;
（4）所述用超声处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：对鳞片状膨胀石墨进行超声震荡和空化; 所述用微波处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：将通电制得石墨片层间生成有化合物的鳞片状膨胀石墨的复合材料薄片干燥，将其置于微波反应腔中,将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波对反应腔进行加热处理，然后关闭微波冷却制得鳞片状石墨烯以及对应的鳞片状石墨烯器件；所述用电解处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：以惰性电极或者通电制得的石墨层间有化合物的鳞片状膨胀石墨为对电极，以通电制得的石墨层间有化合物的鳞片状膨胀石墨为工作电极，以有机离子液体溶液或无机电解质水溶液为电解液，直流或交流电源，在恒电压或恒电流下，进行阴极或阳极极化电解剥离石墨层间化合物或鳞片状膨胀石墨，制得鳞片状石墨烯以及对应的鳞片状石墨烯器件；所述用高温处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：将通电制得的石墨层间有化合物的鳞片状膨胀石墨洗涤干燥，在保护性气氛保护下进行高温300～600℃活化剥离，然后降温、洗涤、干燥制得鳞片状石墨烯以及对应的鳞片状石墨烯器件。
3.根据权利要求2所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于:
(1)所述的压延是将柔性膨胀石墨利用辊压机逐渐调节间隙进行反复辊压，辊压过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.015-0.05 mm；
（2）所述的通电制得石墨片层间生成有化合物的鳞片状膨胀石墨的电解条件为：电压为1 mV-20 V，时间为1秒-10小时；
（3）所述用超声处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：对鳞片状膨胀石墨进行超声震荡和空化，温度为10～50℃，超声剥离时间为5～120分钟，功率为1mW-1000 W; 所述用微波处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：将通电制得石墨片层间生成有化合物的鳞片状膨胀石墨的复合材料薄片干燥，将其置于微波反应腔中, 功率为10-1000 W，将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波加热反应腔至300～600℃，加热2～180s，关闭微波，整个反应系统在氮气气氛下冷却至
100℃，制得鳞片状石墨烯以及对应的鳞片状石墨烯器件。
4.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的复合方法中的导电粘合剂粘合是将膨胀石墨压延获得的膨胀石墨薄片的一表面均匀地涂上导电粘合剂，然后覆盖上金属导体、非金属导体或者半导体薄片，经压合形成膨胀石墨与金属导体、非金属导体或者半导体复合薄片。
5.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的复合方法中的电沉积是将膨胀石墨压延获得的膨胀石墨薄片的一面作为阴极，待沉积的金属做对阳极，在含有对应的金属离子电解质溶液中通直流电，进行电沉积，形成膨胀石墨与金属或非金属导体和半导体复合薄片。
6.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的复合方法中的化学沉积是将膨胀石墨压延获得的膨胀石墨薄片的一面浸渍在含有对应的金属离子电解质溶液中，进行化学镀形成膨胀石墨与金属或非金属导体和半导体复合薄片。
7.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的复合方法中的真空喷涂包括金属热喷涂、真空喷镀和真空磁溅射镀。
8.根据权利要求7所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的复合方法中的真空喷涂涉及的金属热喷涂就是利用高温金属液由高压惰性气体雾化并喷射沉积到压延获得的膨胀石墨薄片的一表面上，金属液刚接触到石墨薄片时接近熔点的高温和极好的流变性进行小压力逐层碾压，从而获得致密的金属覆层，又不致破坏石墨薄片的形状和尺寸精度，获得膨胀石墨与金属导体的复合薄片。
9.根据权利要求7所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的复合方法中的真空喷涂涉及的真空喷镀就是将金属丝或金属和非金属粉末在专门的喷汇室或喷枪中熔化，通过压缩空气或惰性气体雾化再喷射到膨胀石墨薄片的一表面上，制得膨胀石墨与金属或非金属导体和半导体复合薄片。
10.根据权利要求7所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的复合方法中的真空喷涂涉及的真空磁溅射镀就是利用真空磁溅射镀机，以基体金属或非金属导体和半导体材料为靶材料，向膨胀石墨薄片的一表面进行真空磁溅射镀，获得膨胀石墨与金属或非金属导体和半导体复合薄片。
11.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的复合方法中的热压是将压延获得的石墨薄片帖在箔状的金属支撑体上，形成重叠预成型体；在真空中或非氧化气氛中对预成型体层叠体进行加热压接，制得膨胀石墨与金属导体的复合薄片。
12.根据权利要求3所述的鳞片状石墨的制备方法，其特征在于，所述的电解质溶液
是：无机盐水溶液、无机酸水溶液、无机碱水溶液、有机离子液体溶液。
13.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于，在通电制得石墨片层间生成有化合物的鳞片状膨胀石墨过程中所述的对电极是金属电极，包括：Pb、Au、Ag、Pt、Ca、Sn、Zn、 Ti、 Ni、 Al、 Cu、 Cr、 In、 Pd的一种或多种元素组合和石墨电极。
14.一种鳞片状石墨烯器件，其特征为该鳞片状石墨烯器件是使用如权利要求1-13任意一项所述的鳞片状石墨烯的制备方法获得的鳞片状石墨烯器件。
15.根据权利要求14所述的鳞片状石墨烯器件，其特征在于，所述的鳞片状石墨烯器件是1-20层石墨烯片至少有一边固定在基体金属或非金属导体和半导体表面上，其它边处于基体以外的介质中，基体金属或非金属导体和半导体与固定在表面上的石墨烯片处于良好的电子导电状态。
16.根据权利要求14所述的鳞片状石墨烯器件，其特征在于，所述的基体金属导电体或非金属导体和半导体包括：Pb、Au、Ag、Pt、Ca、Sn、Zn、 Ti、 Ni、 Al、 Cu、 Cr、 In、 Pd、Zn、Na、Li、K、Mg、Fe、Mn和C、Si的一种或多种元素组合。
17.根据权利要求15所述的鳞片状石墨烯器件，其特征在于，所述的基体金属导电体或非金属导体和半导体以外的介质包括：空气、氮气、氩气、氢气、无机水溶液、无机固体、有机溶液、有机液体和有机固体。
18.根据权利要求4所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1) 取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.05mm,即得到膨胀石墨薄片;
(2)将乙炔黑96.85%、羧甲基纤维素钠1.55%、丁苯橡胶1.60%，充分搅拌均匀，调成糊状浆料；将该糊状浆料均匀铺覆在铝箔上，铺覆厚度为0.01mm；再在铺覆的糊状浆料上均匀覆盖上膨胀石墨薄片，铺覆厚度为0.08mm，然后将铺覆好的潮湿的膨胀石墨-铝复合薄片在常温下真空干燥1小时，制得膨胀石墨-铝复合薄片；
（3）将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，电解条件为：电压为2.3V，时间为20 分钟；处理后得鳞片状膨胀石墨；
（4）以上处理后的鳞片状膨胀石墨经水洗在烘箱中干燥3小时，将干燥后的样品置于微波反应腔中,将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波加热功率为 800W，反应腔
600℃，持续加热60 s，关闭微波，整个反应系统在氮气气氛下冷却至100℃，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件, 铝基板上面是鳞片状石墨烯。
19.根据权利要求4所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.05mm,即得到膨胀石墨薄片；
(2)将乙炔黑 96.85%、 羧甲基纤维素钠 1.55%、 丁苯橡胶 1.60%，充分搅拌均匀，调成糊状浆料;将该糊状浆料均匀铺覆在铝箔上，铺覆厚度为0.01mm;再在铺覆的糊状浆料上均匀覆盖上膨胀石墨薄片，铺覆厚度为0.08mm，然后将铺覆好的潮湿的膨胀石墨-铝复合薄片在常温下真空干燥1小时，制得膨胀石墨-铝复合薄片;
(3)将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金
属复合薄片做阴极，恒电压 2.1V条件电解30分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片；
（4）用烧杯盛100mL 无水乙醇，将制得的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片淹没于无水
乙醇中，静置1小时；然后将上述淹没了鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片的装有100mL 无水乙醇的烧杯置于水槽中，使得水槽中水的液面与烧杯内部的乙醇液面相平；取可以产生
100kHz和400kHz超声波的超声输出探头，将他们的功率调整至100W，然后将超声输出探头置于烧杯外壁的底部,同时使用上述两种频率对盛有无水乙醇和鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片超声作用2小时；其间注意控制循环水槽中的水温为10℃，超声结束后，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
20.根据权利要求4所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.05mm，即得到膨胀石墨薄片；
（2）取硅铝酸盐高温导电胶，充分搅拌均匀，调成糊状浆料，将该糊状浆料均匀铺覆在铝箔上，铺覆厚度为0.01mm；再在铺覆的糊状浆料上均匀覆盖上膨胀石墨薄片，铺覆厚度为0.08mm，然后将铺覆好的潮湿的膨胀石墨-铝复合薄片在常温下真空干燥1小时，制得膨胀石墨-铝复合薄片；
（3）将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 2.1V条件电解30分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片；
（4）将制得的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片置于高温反应炉中，所述高温反应炉为真空管式炉，抽去炉内空气后，向高温反应炉内通入保护性气体氩气进行保护，升温至600℃，持续通入保护性气体，600℃恒温30min以上；然后在保护性气体保护下降至室温，洗涤、干燥，制得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件。
21.根据权利要求5所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.025mm，即得到膨胀石墨薄片;
(2)将膨胀石墨压延获得的膨胀石墨薄片的一面作为阴极，取一块面积大于阴极的纯
2
铅板做对阳极，在含有醋酸铅电解质溶液中通直流电，进行恒电流25mA/cm电沉积5小时，形成膨胀石墨-金属铅复合材料薄片;
(3)将膨胀石墨-金属铅复合材料薄片的石墨面做对阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属铅复合材料薄片的石墨面做对阴极，恒电压 2.3V条件电解20分钟，处理后的鳞片状膨胀石墨阳极和阴极经水洗在烘箱中干燥3小时;将干燥后的样品再进行上述通电处理5分钟，获得带有铅基板的鳞片状石墨烯器件鳞片状石墨烯。
22.根据权利要求6所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.015mm即得到膨胀石墨薄片;
(2)将膨胀石墨压延获得的膨胀石墨薄片的一面浸渍在化学镀铅溶液中，恒温50℃反应5小时，形成膨胀石墨-金属铅复合材料薄片;
(3)将膨胀石墨-金属铅复合材料薄片的石墨面做对阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属铅复合材料薄片的石墨面做对阴极，恒电压 2.1V条件电解20分钟，处理后的鳞片状膨胀石墨阳极和阴极经水洗在烘箱中干燥3小时;将干燥后的样品再进行上述通电处理2分钟，获得带有铅基板的鳞片状石墨烯和鳞片状石墨烯器件。
23.根据权利要求7所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.025mm，即得到膨胀石墨薄片;
(2)对压延后制得的膨胀石墨片进行电弧喷涂铝层，喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得小于0.4MPa，喷涂距离为250mm，喷枪尽可能与膨胀石墨片表面成直角，至少不得小于45°，喷枪移动速度以一次喷涂厚度达到50μm，各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠，厚度要求尽可能均匀，各喷涂层之间的喷枪走向相互垂直，交叉覆盖，直到金属层厚度达到
60μm，制得膨胀石墨-铝复合薄片;
(3)将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金
属复合薄片做阴极，恒电压 2.1V条件电解30分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片;
(4)以上处理后的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片经水洗在烘箱中干燥3小时，将干燥
后的样品置于微波反应腔中,将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波加热功率为
800W，反应腔300℃，持续加热60 s，关闭微波，整个反应系统在氮气气氛下冷却至100℃，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件,获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
24.根据权利要求7所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）取一块厚度为0.1mm的人工合成石墨片，洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为
0.025mm，即得到石墨薄片；
（2）对压延后制得的石墨薄片进行电弧喷涂铝层，喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得小于0.4MPa，喷涂距离为250mm，喷枪尽可能与膨胀石墨片表面成直角，至少不得小于45°，喷枪移动速度以一次喷涂厚度达到50μm，各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠，厚度要求尽可能均匀，各喷涂层之间的喷枪走向相互垂直，交叉覆盖，直到金属层厚度达到
60μm，制得石墨-铝复合薄片；
（3）将石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 2.3V条件电解100分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片；
（4）用烧杯盛100mL 无水乙醇，将制得的膨胀石墨-铝复合薄片淹没于无水乙醇中，静置1小时；然后将上述淹没了膨胀石墨-铝复合薄片的装有100mL 无水乙醇的烧杯置于水槽中，使得水槽中水的液面与烧杯内部的乙醇液面相平；取可以产生100kHz和400kHz超声波的超声输出探头，将他们的功率调整至1000W，然后将超声输出探头贴接后置于烧杯外壁的底部,同时使用上述两种频率对盛有无水乙醇和鳞片状膨胀石墨体系超声；其间注意控制循环水槽中的水温为50℃，超声剥离时间为5分钟，超声结束后，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
25.根据权利要求7所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.025mm，即得到膨胀石墨薄片;
(2)对压延后制得的膨胀石墨片进行电弧喷涂铝层，喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得小于0.4MPa，喷涂距离为250mm，喷枪尽可能与膨胀石墨片表面成直角，至少不得小于45°，喷枪移动速度以一次喷涂厚度达到50μm，各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠，厚度要求尽可能均匀，各喷涂层之间的喷枪走向相互垂直，交叉覆盖，直到金属层厚度达到
60μm，制得膨胀石墨-铝复合薄片;
(3)将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金
属复合薄片做阴极，恒电压 2.1V条件电解30分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片;
(4)将制得的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片置于高温反应炉中，所述高温反应炉为真
空管式炉或煅烧炉，抽去炉内空气后，向高温反应炉内通入保护性气体氩气进行保护，升温至600℃，持续通入保护性气体，600℃恒温30min以上；然后在保护性气体保护下降至室温，洗涤、干燥，制得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件。
26.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.05mm，即得到膨胀石墨薄片；
（2）在压延后制得的膨胀石墨薄片与铝薄片接触的状态下进行加热压接，加热温度
650℃，加压5MPa使铝薄片发生塑性变形，以贴合到膨胀石墨片上，制得膨胀石墨-铝复合薄片；
（3）将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 2.1V条件电解30分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片；
（4）以上处理后的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片经水洗在烘箱中干燥3小时，将干燥后的样品置于微波反应腔中,将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波加热功率为
800W，反应腔600℃，持续加热60 s，关闭微波，整个反应系统在氮气气氛下冷却至100℃，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯器件。
27.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.05mm，即得到膨胀石墨薄片；
（2）在压延后制得的膨胀石墨薄片与铝薄片接触的状态下进行加热压接，加热温度
650℃，加压5MPa使铝薄片发生塑性变形，以贴合到膨胀石墨片上，制得膨胀石墨-铝复合薄片；
（3）将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 20.0 V条件电解1秒，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片；
（4）用烧杯盛100mL 无水乙醇，将制得的膨胀石墨-铝复合薄片淹没于无水乙醇中，静置1小时；然后将上述淹没了膨胀石墨-铝复合薄片的装有100mL 无水乙醇的烧杯置于水槽中，使得水槽中水的液面与烧杯内部的乙醇液面相平；取可以产生100kHz和400kHz超声波的超声输出探头，将他们的功率调整至100W，然后将超声输出探头置于烧杯外壁的底部,同时使用上述两种频率对盛有无水乙醇和鳞片状膨胀石墨体系超声作用2小时；其间注意控制循环水槽中的水温为40℃，超声结束后，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
28.根据权利要求3所述的鳞片状石墨烯的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.05mm，即得到膨胀石墨薄片；
(2)在压延后制得的膨胀石墨薄片与铝薄片接触的状态下进行加热压接，加热温度
650℃，加压5MPa使铝薄片发生塑性变形，以贴合到膨胀石墨片上，制得膨胀石墨-铝复合薄片;
(3)将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 1 mV条件电解10小时，处理后的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片;
(4)将制得的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片置于高温反应炉中，所述高温反应炉为真
空管式炉或煅烧炉，抽去炉内空气后，向高温反应炉内通入保护性气体氩气进行保护，升温至600℃，持续通入保护性气体，600℃恒温30min以上；然后在保护性气体保护下降至室温，洗涤、干燥，制得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
29.一种鳞片状石墨烯，其特征为使用权利要求18-28任意一项所述的鳞片状石墨烯
的制备方法制备获得。
30.一种鳞片状石墨烯器件，其特征为该鳞片状石墨烯器件是使用如权利要求18-28
任意一项所述的鳞片状石墨烯的制备方法获得的鳞片状石墨烯器件。
一种鳞片状石墨烯的制备方法和使用该方法制备的鳞片状
石墨烯器件
技术领域
背景技术
的同素异形体。石墨烯是一种碳原子以 sp杂化轨道成键，以六元环结构形成的单层二维蜂窝状晶格结构的碳材料。石墨烯的这种独特的结构给它带来了一系列新颖、特殊的性质，比如无色透明 ( 吸收光强度仅为 2.3％ )、导电率高 ( 单层石墨烯导电率与铜相近 )、力学性能优异 ( 抗拉强度可达 50 ～ 200GPa，弹性模量可达 1TPa，单层石墨烯的抗拉强度是同等厚度钢片的 100 倍 )。以上特性使得石墨烯在触摸屏、太阳能电池、航空航天材料等诸多新能源、新材料领域具有广阔的应用前景。但是，石墨烯直接用于生产实践中还存在许多局限，因此石墨烯器件的制备及其应用研究已成为近年来科学研究中的热点。石墨烯的制备方法归纳起来，主要有微机械剥离法、化学气相沉积法 (CVD)、还原氧化石墨法等。
其中，微机械剥离法是最早成功制备出石墨烯的方法。该方法是利用胶带的反复撕揭把石墨烯片从高定向热解石墨中分离出来 (K.S.Novoselov，et al.Science，306，666(2004))，虽然采用该方法可以制备出高品质的石墨烯，但该方法原料昂贵，制备过程耗时严重，无法实现大规模生产。化学气相沉积法是在高温碳氢化合物(如甲烷)气氛下，使碳氢化合物中的碳沉积到过渡金属基板上从而制得石墨烯 (Jessica Campos-Delgado，et al.Nano Letters，8，9(2008))。该方法可以制得尺寸较大的石墨烯材料，但是，制造成本过高且所得的石墨烯产品层数难以控制，进而限制了产品的应用。还原氧化石墨法是目前大量制备石墨烯的主要方法。该方法先将石墨氧化，然后通过剥离得到氧化石墨烯，最后将得到的氧化石墨烯通过还原得到石墨烯。该法虽然能大量制备石墨烯 (Vincent C.，et al.Nat Nanotech，4，25(2008))，但是，由于该法涉及氧化、还原过程，最终所得石墨烯仍会含有部
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分氧化基团，这些氧化基团破坏了石墨烯的 sp结构，会对石墨烯的性能，特别是导电性能造成严重影响。为解决上述制备方法存在的问题，目前国内存在的相关专利部分举例如下。 中国专利申请号 ：200910084879.1，专利名称 ：石墨烯的制备方法。该发明方法是通过碳纳米管和氧化剂在离子液体中反应而制得石墨烯。该方法步骤简单，易于操作，适合大规模工业生产。中国专利申请号 ：200880112966.7，专利名称 ：一种二维单层石墨烯的制备方法。该发明先制备单层石墨烯用的催化剂，之后在惰性气体环境下向装有催化剂的容器中通入碳源高温裂解制得二维单层石墨烯。综上所述，目前制备石墨烯的技术还不能满足制备方法简单、成本低廉、产品性能稳定可控等工业化基本要求，尤其不能直接制得石墨烯器件，得率较低，获得的大都是含有石墨烯的混合体系，难于分离，纯度不高，即使获得石墨烯材料，也难于制得更实用的石墨烯器件，这就极大的限制了石墨烯在更大范围、更广阔领域的应用。
发明内容
(2)所述的复合是在膨胀石墨薄片表面通过导电粘合剂粘合、电沉积、化学沉积、真空喷涂或者热压从而制得金属导体、非金属导体或者半导体与膨胀石墨薄片的复合材料薄片;
（3）所述的通电制得石墨片层间生成有化合物的鳞片状膨胀石墨，是将金属导体、非金属导体或者半导体与膨胀石墨薄片的复合材料薄片作为工作电极与选取的对电极在电解质溶液中通电电解制得石墨层间化合物;
（4）所述用超声处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：对鳞片状膨胀石墨进行超声震荡和空化;所述用微波处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：将通电制得石墨片层间生成有化合物的鳞片状膨胀石墨的复合材料薄片干燥，将其置于微波反应腔中,将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波对反应腔进行加热处理，然后关闭微波冷却制得鳞片状石墨烯以及对应的鳞片状石墨烯器件；所述用电解处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：以惰性电极或者通电制得的石墨层间化合物的鳞片状膨胀石墨为对电极，以通电制得的石墨层间化合物的鳞片状膨胀石墨为工作电极，以有机离子液体溶液或无机电解质水溶液为电解液，直流或交流电源，在恒电压或恒电流下，进行阴极或阳极极化电解剥离石墨层间化合物或鳞片状膨胀石墨，制得鳞片状石墨烯以及对应的鳞片状石墨烯器件；所述用高温处理鳞片状膨胀石墨从而实现片层剥离制得鳞片状石墨烯是指：将通电制得的石墨层间有化合物的鳞片状膨胀石墨洗涤干燥，在保护性气氛保护下进行高温300～600℃活化剥离，然后降温、洗涤、干燥制得鳞片状石墨烯以及对应的鳞片状石墨烯器件。
(1) 取一块柔性膨胀鳞片石墨洗涤、烘干，利用辊压机逐渐调节间隙进行反复压延，压延过程中同时进行辅助加热，增加石墨的柔性，压延直到石墨片厚度为0.05mm,即得到膨胀石墨薄片;
(2)将乙炔黑96.85%、羧甲基纤维素钠1.55%、丁苯橡胶1.60%，充分搅拌均匀，调成糊状浆料；将该糊状浆料均匀铺覆在铝箔上，铺覆厚度为0.01mm；再在铺覆的糊状浆料上均匀覆盖上膨胀石墨薄片，铺覆厚度为0.08mm，然后将铺覆好的潮湿的膨胀石墨-铝复合薄片在常温下真空干燥1小时，制得膨胀石墨-铝复合薄片；
（3）将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，电解条件为：电压为2.3V，时间为20 分钟；处理后得鳞片状膨胀石墨；
（4）以上处理后的鳞片状膨胀石墨经水洗在烘箱中干燥3小时，将干燥后的样品置于微波反应腔中,将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波加热功率为 800W，反应腔
600℃，持续加热60 s，关闭微波，整个反应系统在氮气气氛下冷却至100℃，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件, 铝基板上面是鳞片状石墨烯。
（4）用烧杯盛100mL 无水乙醇，将制得的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片淹没于无水乙醇中，静置1小时；然后将上述淹没了鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片的装有100mL 无水乙醇的烧杯置于水槽中，使得水槽中水的液面与烧杯内部的乙醇液面相平；取可以产生
100kHz和400kHz超声波的超声输出探头，将他们的功率调整至100W，然后将超声输出探头置于烧杯外壁的底部,同时使用上述两种频率对盛有无水乙醇和鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片超声作用2小时；其间注意控制循环水槽中的水温为10℃，超声结束后，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
（4）将制得的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片置于高温反应炉中，所述高温反应炉为真空管式炉，抽去炉内空气后，向高温反应炉内通入保护性气体氩气进行保护，升温至600℃，持续通入保护性气体，600℃恒温30min以上；然后在保护性气体保护下降至室温，洗涤、干燥，制得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件。
(2)将膨胀石墨压延获得的膨胀石墨薄片的一面作为阴极，取一块面积大于阴极的纯
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铅板做对阳极，在含有醋酸铅电解质溶液中通直流电，进行恒电流25mA/cm电沉积5小时，形成膨胀石墨-金属铅复合材料薄片;
(3)将膨胀石墨-金属铅复合材料薄片的石墨面做对阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属铅复合材料薄片的石墨面做对阴极，恒电压 2.3V条件电解20分钟，处理后的鳞片状膨胀石墨阳极和阴极经水洗在烘箱中干燥3小时;将干燥后的样品再进行上述通电处理5分钟，获得带有铅基板的鳞片状石墨烯器件鳞片状石墨烯。
(2)将膨胀石墨压延获得的膨胀石墨薄片的一面浸渍在化学镀铅溶液中，恒温50℃反应5小时，形成膨胀石墨-金属铅复合材料薄片;
(3)将膨胀石墨-金属铅复合材料薄片的石墨面做对阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属铅复合材料薄片的石墨面做对阴极，恒电压 2.1V条件电解20分钟，处理后的鳞片状膨胀石墨阳极和阴极经水洗在烘箱中干燥3小时;将干燥后的样品再进行上述通电处理2分钟，获得带有铅基板的鳞片状石墨烯和鳞片状石墨烯器件。
(2)对压延后制得的膨胀石墨片进行电弧喷涂铝层，喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得小于0.4MPa，喷涂距离为250mm，喷枪尽可能与膨胀石墨片表面成直角，至少不得小于45°，喷枪移动速度以一次喷涂厚度达到50μm，各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠，厚度要求尽可能均匀，各喷涂层之间的喷枪走向相互垂直，交叉覆盖，直到金属层厚度达到
60μm，制得膨胀石墨-铝复合薄片;
(3)将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 2.1V条件电解30分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片;
(4)以上处理后的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片经水洗在烘箱中干燥3小时，将干燥后的样品置于微波反应腔中,将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波加热功率为
800W，反应腔300℃，持续加热60 s，关闭微波，整个反应系统在氮气气氛下冷却至100℃，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件,获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
0.025mm，即得到石墨薄片；
（2）对压延后制得的石墨薄片进行电弧喷涂铝层，喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得小于0.4MPa，喷涂距离为250mm，喷枪尽可能与膨胀石墨片表面成直角，至少不得小于45°，喷枪移动速度以一次喷涂厚度达到50μm，各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠，厚度要求尽可能均匀，各喷涂层之间的喷枪走向相互垂直，交叉覆盖，直到金属层厚度达到
60μm，制得石墨-铝复合薄片；
（3）将石墨-铝复合薄片做阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 2.3V条件电解100分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片；
（4）用烧杯盛100mL 无水乙醇，将制得的膨胀石墨-铝复合薄片淹没于无水乙醇中，静置1小时；然后将上述淹没了膨胀石墨-铝复合薄片的装有100mL 无水乙醇的烧杯置于水槽中，使得水槽中水的液面与烧杯内部的乙醇液面相平；取可以产生100kHz和400kHz超声波的超声输出探头，将他们的功率调整至1000W，然后将超声输出探头贴接后置于烧杯外壁的底部,同时使用上述两种频率对盛有无水乙醇和鳞片状膨胀石墨体系超声；其间注意控制循环水槽中的水温为50℃，超声剥离时间为5分钟，超声结束后，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
(2)对压延后制得的膨胀石墨片进行电弧喷涂铝层，喷涂用的压缩空气应清洁、干燥，压力不得小于0.4MPa，喷涂距离为250mm，喷枪尽可能与膨胀石墨片表面成直角，至少不得小于45°，喷枪移动速度以一次喷涂厚度达到50μm，各喷涂带之间应有1/3的宽度重叠，厚度要求尽可能均匀，各喷涂层之间的喷枪走向相互垂直，交叉覆盖，直到金属层厚度达到
60μm，制得膨胀石墨-铝复合薄片;
(3)将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 2.1V条件电解30分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片;
(4)将制得的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片置于高温反应炉中，所述高温反应炉为真空管式炉或煅烧炉，抽去炉内空气后，向高温反应炉内通入保护性气体氩气进行保护，升温至600℃，持续通入保护性气体，600℃恒温30min以上；然后在保护性气体保护下降至室温，洗涤、干燥，制得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件。
（2）在压延后制得的膨胀石墨薄片与铝薄片接触的状态下进行加热压接，加热温度
650℃，加压5MPa使铝薄片发生塑性变形，以贴合到膨胀石墨片上，制得膨胀石墨-铝复合薄片；
（3）将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用10M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 2.1V条件电解30分钟，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片；
（4）以上处理后的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片经水洗在烘箱中干燥3小时，将干燥后的样品置于微波反应腔中,将微波反应腔抽真空并通入保护性气体,用微波加热功率为
800W，反应腔600℃，持续加热60 s，关闭微波，整个反应系统在氮气气氛下冷却至100℃，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯器件。
（2）在压延后制得的膨胀石墨薄片与铝薄片接触的状态下进行加热压接，加热温度
650℃，加压5MPa使铝薄片发生塑性变形，以贴合到膨胀石墨片上，制得膨胀石墨-铝复合薄片；
（3）将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 20.0 V条件电解1秒，处理后得鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片；
（4）用烧杯盛100mL 无水乙醇，将制得的膨胀石墨-铝复合薄片淹没于无水乙醇中，静置1小时；然后将上述淹没了膨胀石墨-铝复合薄片的装有100mL 无水乙醇的烧杯置于水槽中，使得水槽中水的液面与烧杯内部的乙醇液面相平；取可以产生100kHz和400kHz超声波的超声输出探头，将他们的功率调整至100W，然后将超声输出探头置于烧杯外壁的底部,同时使用上述两种频率对盛有无水乙醇和鳞片状膨胀石墨体系超声作用2小时；其间注意控制循环水槽中的水温为40℃，超声结束后，获得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
(2)在压延后制得的膨胀石墨薄片与铝薄片接触的状态下进行加热压接，加热温度
650℃，加压5MPa使铝薄片发生塑性变形，以贴合到膨胀石墨片上，制得膨胀石墨-铝复合薄片;
(3)将膨胀石墨-铝复合薄片做阳极，用5M硫酸水溶液做电解液，另一膨胀石墨-金属复合薄片做阴极，恒电压 1 mV条件电解10小时，处理后的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片;
(4)将制得的鳞片状膨胀石墨-铝复合薄片置于高温反应炉中，所述高温反应炉为真空管式炉或煅烧炉，抽去炉内空气后，向高温反应炉内通入保护性气体氩气进行保护，升温至600℃，持续通入保护性气体，600℃恒温30min以上；然后在保护性气体保护下降至室温，洗涤、干燥，制得带有铝基板的鳞片状石墨烯器件和鳞片状石墨烯。
（3）制备方法简便、产品性能稳定可控，适合工业化生产。
2所示，即得到膨胀石墨薄片。
2所示，即得到膨胀石墨薄片。
2所示，即得到膨胀石墨薄片。
铅板做对阳极，在含有醋酸铅电解质溶液中通直流电，进行恒电流25mA/cm电沉积5小时，形成膨胀石墨-金属铅复合材料薄片。
2所示，即得到膨胀石墨薄片。
2所示，即得到膨胀石墨薄片。
铅板做对阳极，在含有醋酸铅电解质溶液中通直流电，进行恒电流25mA/cm电沉积5小时，形成膨胀石墨-金属铅复合材料薄片。
2所示，即得到膨胀石墨薄片。
铅板做对阳极，在含有醋酸铅电解质溶液中通直流电，进行恒电流25mA/cm电沉积5小时，形成膨胀石墨-金属铅复合材料薄片。
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