液相剥离制备石墨烯

石墨作为碳的存在形式长期以来就得到广泛的应用，如制作铅笔芯、固体润滑剂等． 而石墨烯作为碳的新形态因其独特的优势也已经渐渐应用于纳米材料领域。石墨是由层状结构组成的晶体，每一层由sp2杂化的碳原子紧密排列，每一个这样的层状结构就是石墨烯。石墨就可以看做是石墨烯层状结构通过范德华力相互粘结起来的，层间距大约为 0.34 nm。在石墨结构中，单层石墨烯片之间的相互引力相当小，外部机械力即可克服。

原始的石墨粉在特定溶液(有机溶剂、离子溶液、水溶液) 中经过物理剥离可以分散成均匀石墨烯溶液，使用不同性质的溶剂对石墨烯的剥离效率的影响也不同。

1. 有机溶剂体系

在研究制备石墨烯的过程中，有机溶剂是最先用作剥离介质的物质，在不同有机溶剂中制备得到的石墨烯的浓度对比表明，要取得良好剥离效果，有机溶剂应该具备特定的表面张力(约40～50 mN/m)和适当的Hansen溶解度参数。

NMP 是制备石墨烯的代表性有机溶剂，也是运用最广泛的有机剥离介质。不仅仅是因为它有合适的表面张力( 41 mN/m) 和Hansen溶解度参数，而且由它制备所得的石墨烯具有良好的稳定性。

图一 石墨在不同有机溶剂中剥离效果

图二 有机溶剂对剥离效果的影响

如果在有机溶剂加入辅助剂，会得到更好的剥离效果。例如在 NMP、DMA 或环己酮中添加 NaOH（插层剂）。

2. 水/表面活性剂体系

水的表面张力( 72.75 mN/m) 并不能与石墨烯相匹配，必须对水进行处理。表面活性剂在很低浓度即能大大降低水的表面张力，使得其与石墨烯相符合，从而帮助剥离石墨。

图三  水/表面活性剂体系对剥离的影响

图四 水/表面活性剂体系对剥离的影响

3. 离子液体

离子液体，即在100℃下以液体状态存在的特殊盐。离子液体具有高离子性、难挥发、良好的热化学稳定性、与许多有机无机溶剂有良好的兼容性等性质。因为带电离子与石墨的π电子的作用为静电相互作用，所以离子液体作为介质剥离得到的石墨烯纳米材料性质稳定。目前一些离子液体已作为溶剂或助剂运用于分散碳纳米管以及石墨烯的电化学合成，同样，离子液体也可作为剥离介质来制备石墨烯。离子液体［Bmim］［Tf2N］( 1－丁基－3－甲基咪唑鎓双( 三氟甲基磺酰基)亚胺盐)和HMIH(1－己基－3－甲基咪唑鎓六氟磷酸盐)等已被成功用作液相超声剥离石墨的剥离介质。

高压微射流均质机

ZB 20250617