本发明涉及一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤：(a)清洗加热；(b)冷却剥离。本发明的石墨烯纳米带的制备中，采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能，使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚，而且制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。
1.一种石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)清洗加热：碳纳米管分别经酸溶液、碱溶液搅拌浸泡，过滤后再经超声清洗，再次过滤并干燥至恒重，在惰性气体保护下加热到800～1000℃后保温3～5分钟；(b)冷却剥离：取出所述碳纳米管并置于-170～-200℃的环境中保持3～5分钟，取出后将所述碳纳米管再按质量体积比为1g：(10～100)ml加到离子液体中进行剥离处理，剥离物经过滤、清洗过滤、干燥至恒重后，得到石墨烯纳米带。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述搅拌浸泡的时间为30～60分钟，所述超声清洗的时间为30～60分钟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述惰性气体为氦气或氩气，所述加热是在马弗炉中进行的。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述-170～-200℃的环境为液氮、液氩或液氢构成的。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基-3,5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1,3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述剥离物的清洗过滤包括：先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤。技术领域
本发明涉及化学材料合成领域，尤其涉及一种石墨烯纳米带及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，而且还非常牢固坚硬，作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯纳米带不仅拥有石墨烯的性能，还具备一些特殊的性能，例如其长径比很大，可高达上千倍，在集成电路方面可代替铜导线，以进一步提高集成度，亦可对其结构进行改性制备成开关器件。但目前由于石墨烯纳米带制备过程中存在尺寸控制困难、产量低的问题，从而限制了其应用。
发明内容
本发明的发明目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种石墨烯纳米带及其制备方法，采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能，使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚，而且制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。为达到本发明的发明目的，本发明采用的技术方案为：一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤。(a)清洗加热：碳纳米管分别经酸溶液、碱溶液搅拌浸泡，过滤后再经超声清洗，再次过滤并干燥至恒重，在惰性气体保护下加热到800～1000℃后保温3～5分钟。(b)冷却剥离：取出所述碳纳米管并置于-170～-200℃的环境中保持3～5分钟，取出后将所述碳纳米管再按质量体积比为1g：(10～100)ml加到离子液体中进行剥离处理，剥离物经过滤、清洗过滤、干燥至恒重后，得到石墨烯纳米带。在所述步骤(a)中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种。在所述步骤(a)中，所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。在所述步骤(a)中，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。在所述步骤(a)中，所述搅拌浸泡的时间为30～60分钟，所述超声清洗的时间为30～60分钟。在所述步骤(a)中，所述惰性气体为氦气或氩气，所述加热是在马弗炉中进行的。在所述步骤(b)中，所述-170～-200℃的环境为液氮、液氩或液氢构成的。在所述步骤(b)中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基-3,5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1,3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。在所述步骤(b)中，所述剥离物的清洗过滤包括：先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤。本发明还包括利用上述制备方法制得的石墨烯纳米带。与现有技术相比，本发明的石墨烯纳米带及其制备方法，存在以下的优点：1.采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能。2.使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚。3.制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的石墨烯纳米带SEM图。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。本发明的石墨烯纳米带的制备过程大致分为以下步骤。制备石墨烯纳米带:(a)先将碳纳米管分别用浓度为0.1～0.5mol/L的酸溶液、碱溶液各浸泡搅拌30～60分钟后去除杂质与油污(同时也起到对碳纳米管进行腐蚀的作用)，然后清洗过滤。用乙醇、丙酮浸泡碳纳米管，并置于超声清洗仪里超声30～60分钟后，过滤并转移到真空干燥箱干燥至恒重。(b)取出干燥好的碳纳米管，放在马弗炉里，在惰性气体保护下加热到800～1000℃后保温3～5分钟，使碳纳米管均匀受热。(c)将碳纳米管迅速转移到装有液态气体的钢瓶里，在-170～-200℃的低温环境(由液氮、液氩或液氢构成)中保持5～30分钟后再将碳纳米管按质量体积比为1g：(10～100)mL在搅拌下快速加到装有离子液体的容器里，使碳纳米管瞬间受巨大温差而剥离，即制得石墨烯纳米带。(d)将石墨烯纳米带过滤，然后用有机溶剂清洗3～6次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于60～100℃真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。其中，碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸中的一种，碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾。液态气体为液氮、液氩或液氢，惰性气体为氦气或氩气。有机溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮(英文缩写，NMP)或者N，N-二甲基甲酰胺(英文缩写，DMF)，能有效去除离子液体。离子液体具体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(EtMeImBF₄)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(EtMeImN(CF₃SO₂)₂)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF₃SO₃)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸(EtMeImCF₃CO₂)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳(EtMeImC(CF₃SO₂)₃)、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺(EtMeImN(C₂F₅SO₂)₂)、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮(EtMeImN(CN)₂)、1-乙基-3,5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(1-Et-3,5-Me₂ImN(CF₃SO₂)₂)、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(1，3-Et₂-4-MeImN(CF₃SO₂)₂)、1,3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(1,3-Et2-5-MeImxa0N(CF₃SO₂)₂)中的至少一种。本发明还包括利用上述制备方法制得的石墨烯纳米带。以下以实施例1～3对本发明的石墨烯纳米带的制备步骤进行具体说明。实施例1制备石墨烯纳米带：(a)先将多壁碳纳米管分别用浓度为0.1mol/L盐酸、0.5mol/L氢氧化钠各浸泡搅拌60分钟后去除杂质与油污(同时也起到对碳纳米管进行腐蚀的作用)，然后清洗过滤。用乙醇、丙酮浸泡碳纳米管，一起置于超声清洗仪里超声30分钟后，过滤并转移到真空干燥箱干燥至恒重。(b)取出干燥好的多壁碳纳米管，放在马弗炉里，在氩气保护下加热到1000℃后保温5分钟，使多壁碳纳米管均匀受热。(c)将多壁碳纳米管迅速转移到装有液氮的钢瓶里，在-200℃的液氮中保持30分钟后再将多壁碳纳米管按质量体积比为1g：10mL的比例在搅拌下快速加到装有1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(EtMeImBF₄)离子液体的容器里，使多壁碳纳米管瞬间受巨大温差而剥离，即制得石墨烯纳米带。(d)将石墨烯纳米带过滤，然后用NMP清洗6次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于60℃真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。实施例2制备石墨烯纳米带：(a)先将双壁碳纳米管分别用浓度为0.3mol/L硫酸、0.1mol/L氢氧化钾各浸泡搅拌60分钟后去除杂质与油污(同时也起到对碳纳米管进行腐蚀的作用)，然后清洗过滤。用乙醇、丙酮浸泡双壁碳纳米管，一起置于超声清洗仪里超声60分钟后，过滤并转移到真空干燥箱干燥至恒重；(b)取出干燥好的双壁碳纳米管，放在马弗炉里，在氩气保护下加热到900℃后保温4分钟，使双壁碳纳米管均匀受热。(c)将双壁碳纳米管迅速转移到装有液氩的钢瓶里，在-170℃的液氩中保持20分钟后再将双壁碳纳米管按质量体积比为1g：100mL的比例在搅拌下快速加到装有1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺(EtMeImN(CF₃SO₂)₂)离子液体的容器里，使双壁碳纳米管瞬间受巨大温差而剥离，即制得石墨烯纳米带。(d)将石墨烯纳米带过滤，然后用DMF清洗3次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于80℃真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。实施例3制备石墨烯纳米带：(a)先将单壁碳纳米管分别用浓度为0.5mol/L硝酸、0.3mol/L氢氧化钠各浸泡搅拌30分钟后去除杂质与油污(同时也起到对碳纳米管进行腐蚀的作用)，然后清洗过滤。用乙醇、丙酮浸泡单壁碳纳米管，一起置于超声清洗仪里超声40分钟后，过滤并转移到真空干燥箱干燥至恒重；(b)取出干燥好的单壁碳纳米管，放在马弗炉里，在氩气保护下加热到800℃后保温3分钟，使单壁碳纳米管均匀受热。(c)将单壁碳纳米管迅速转移到装有液氢的钢瓶里，在-180℃的液氢中保持30分钟后再将单壁碳纳米管按质量体积比为1g：10mL的比例在搅拌下快速加到装有1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸(EtMeImCF₃SO₃)离子液体的容器里，使单壁碳纳米管瞬间受巨大温差而剥离，即制得石墨烯纳米带。(d)将石墨烯纳米带过滤，然后用NMP清洗5次，再用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤一次，并于100℃真空干燥箱里干燥至恒重，得到石墨烯纳米带。图1为实施例1所制备的石墨烯纳米带的SEM图，从图中可以看出，石墨烯纳米带已经成功制备，石墨烯纳米带的宽度约为20～50nm，长度约为2～5um，长径比约为40～250。下表1为实施例4～11的具体参数，实施例4～11的工艺步骤与实施例1～3相同，不同之处在于工艺参数和工艺条件，在此对其工艺步骤不再赘述。ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="408"/>表2是将实施例1～4中制得的石墨烯纳米带分别制作成膜，在室温下用四探针测试仪测试电导率。从表中可见，各实施例的电导率均达到了较好的实验效果，本发明的石墨烯纳米带具有优良的性能。表2实施例
1
2
3
4
电导率10⁶S/m
3.1
1.2
0.8
1.9
本发明的石墨烯纳米带及其制备方法，存在以下的优点：1.采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能。2.使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚。3.制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。