无规结构GIC的制造方法、薄片化石墨分散液的制造方法、薄片化石墨分散液及薄片化石墨技术

本发明专利技术提供一种无规结构GIC的制造方法，其可通过剥离处理容易地得到石墨烯叠层状态的规则性少、叠层数少的薄片化石墨。所述制造方法具备准备在石墨烯层间插入有碱金属的碱金属-GIC的工序和在非氧化性气氛下使极性质子性溶剂与上述碱金属-GIC接触的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无规结构GIC的制造方法、薄片化石墨分散液的制造方法、薄片化石墨分散液及薄片化石墨
本专利技术涉及一种源自石墨且规则性少、具有无规结构的GIC(石墨层间化合物，graphiteintercalationcompound)的制造方法。另外，本专利技术涉及一种使用了具有上述无规结构的GIC的薄片化石墨分散液的制造方法、薄片化石墨分散液及薄片化石墨。
技术介绍
近年来，石墨烯叠层数少的薄片化石墨备受关注。作为薄片化石墨的制造方法，已知使用GIC的制造方法。在该方法中，在石墨的石墨烯层间插入碱金属。然后，通过超声波处理或加热处理等剥离石墨。在下述的非专利文献1中描述了将作为碱金属的K等插入石墨烯层间而成的碱金属-GIC的反应性。在非专利文献1中记载了在使石墨与碱金属蒸气接触而得到碱金属-GIC之后使其与空气接触时，碱金属-GIC的结构会发生变化。即，除了显示出KC8所示的阶段1的结构的峰以外，还显示出在XRD图谱上出现KC24所示的阶段2的峰及阶段3的峰。另一方面，在下述的专利文献1中公开了一种使石墨烯类碳材料的加工变得容易的石墨烯溶液的制造方法。在该石墨烯溶液的制造方法中，首先，利用K等碱金属还原石墨，且将该碱金属插入于石墨烯层间。接着，使GIC与极性非质子溶剂接触。由此，得到在极性非质子溶剂中溶解有GIC的石墨烯溶液。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-535690号公报非专利文献非专利文献1:阿久泽升《碱金属石墨层间化合物的互换性》(碳、2011[No248]96-101)
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题在非专利文献1中记载：插入K并使KC8即阶段1的碱金属-GIC进一步与空气接触，由此会出现阶段2及阶段3的结构。然而，在XRD图谱中不仅出现阶段1的结构产生的峰，而且出现阶段2及阶段3的结构产生的峰，然而，没有消除规则性。因此，即使对这样的碱金属-GIC进行剥离处理，也无法得到叠层数少的薄片化石墨。另外，在非专利文献1中，虽然碱金属-GIC溶解于THF等极性非质子性溶剂，但仅仅是这样的话，难以充分地剥离石墨而得到叠层数少的薄片化石墨。本专利技术的目的在于，提供一种无规结构GIC的制造方法，其可通过剥离处理得到石墨烯叠层状态的规则性少、叠层数也少的薄片化石墨。本专利技术的其它目的在于，提供一种使用了上述无规结构GIC的薄片化石墨分散液的制造方法、薄片化石墨分散液及薄片化石墨。用于解决技术问题的技术方案本专利技术的无规结构GIC的制造方法包括：准备碱金属-GIC的工序，所述碱金属-GIC是在石墨烯层间插入了碱金属而得到的；以及在非氧化性气氛下使极性质子性溶剂与所述碱金属-GIC接触的工序。另外，如后所述，在本说明书中，“无规结构”具有源自石墨的石墨烯叠层状态的规则性被降低了的结构。在本专利技术的无规结构GIC的制造方法的某特定方面中，所述非氧化性气氛下为不活泼气体气氛下。此时，能够可靠地隔断氧而使极性质子性溶剂与碱金属-GIC接触。在本专利技术的无规结构GIC的制造方法的其它特定方面中，在所述非氧化性气氛下使所述极性质子性溶剂与所述碱金属-GIC接触的工序之后，还包括将所述碱金属-GIC暴露在含氧气氛下的工序。在本专利技术的无规结构GIC的制造方法的其它特定方面中，所述含氧气氛为空气中。此时，可以实现制造方法的操作简化及成本的降低。另外，在本专利技术的无规结构GIC的制造方法的其它特定方面中，极性质子性溶剂为水或醇，更优选为水。此时，可实现成本降低。在本专利技术的无规结构GIC的制造方法中，优选使用选自K、Li、Rb及Cs中的至少一种碱金属作为所述碱金属。在本专利技术的无规结构GIC的制造方法的又一特定方面中，所述准备碱金属-GIC的工序通过使碱金属蒸气与石墨在真空下接触来进行。此时，可容易地得到碱金属-GIC。本专利技术的薄片化石墨分散液的制造方法包括以下工序：通过本专利技术的无规结构GIC的制造方法得到无规结构GIC的工序、在非极性溶剂或者极性溶剂中添加所述无规结构GIC的工序、以及在所述非极性溶剂或者极性溶剂中添加所述无规结构GIC之后，在添加有所述无规结构GIC的非极性溶剂或者极性溶剂中对所述无规结构GIC进行剥离处理的工序。在本专利技术的薄片化石墨分散液的制造方法中，优选使用水或者低级醇作为所述极性溶剂。或者，优选使用含有表面活性剂的溶剂作为所述极性溶剂。作为上述表面活性剂，优选使用月桂基硫酸钠作为所述表面活性剂。在本专利技术的薄片化石墨分散液的制造方法的其它特定方面中，所述含有月桂硫酸钠的溶剂的浓度在0.1重量％以上且10重量％以下的范围。本专利技术的薄片化石墨分散液通过本专利技术的薄片化石墨分散液的制造方法得到。本专利技术的薄片化石墨通过从本专利技术的薄片化石墨分散液中除去溶剂而得到。优选本专利技术的薄片化石墨具有长度方向且具有带状的形状。另外，在本专利技术的薄片化石墨的其它特定方面中，所述具有长度方向的多个所述带状的薄片化石墨集合成网络状，并且该带状薄片化石墨的主面彼此重叠。在本专利技术的薄片化石墨的又一特定方面中，薄片化石墨包含具有六边形形状且对置的边彼此的间隔为10μm以上的薄片化石墨。专利技术效果根据本专利技术的无规结构GIC的制造方法，由于在非氧化性气氛下使极性质子性溶剂与碱金属-GIC接触，因此，可以提供一种石墨烯的叠层状态规则性基本被消除的无规结构的GIC。因此，通过实施超声波处理或剪切处理等众所周知的剥离处理，可将石墨烯间充分地剥离而容易地得到叠层数少的薄片化石墨或石墨烯。另外，在如上所述得到的无规结构的碱金属-GIC中，由于未经过石墨烯被氧化的过程，因此，可通过剥离处理得到导电性和热传导性优异的薄片化石墨等类石墨烯碳材料。根据本专利技术的薄片化石墨分散液的制造方法，通过对所述无规结构GIC实施剥离处理，可容易地得到叠层数少的薄片化石墨。特别是由于以在所述非极性溶剂或者极性溶剂中添加了无规结构GIC的状态下进行剥离处理，因此，也可提供一种具有长度方向的带状薄片化石墨或以该带状薄片化石墨的主面彼此重叠的方式集合而成的网络状薄片化石墨。附图说明图1为表示实施例1中将膨胀石墨暴露于钾的蒸气而得到的金色粉末的XRD图谱的图。图2为表示在实施例1中气密池开放前、气密池刚开放后及气密池开放22小时后的分散体的XRD图谱的图。图3为表示从将实施例1中得到的无规结构GIC分散在乙醇中而得到的分散液中使乙醇蒸发后得到的粉末的XRD图谱的图。图4为从通过现有的赫默斯法得到的氧化石墨烯的分散液中使水蒸发而得到的氧化石墨烯膜的XRD的图。图5为表示实施例2中将天然石墨暴露于钾的蒸气而得到的金色粉末的XRD图谱的图。图6为表示在实施例2中气密池开放前、气密池刚开放后及气密池开放20小时后的分散体的XRD图谱的图。图7为具有碱金属为K时的阶段1的结构即KC8的结构的碱金属-GIC的示意图。图8为具有碱金属为K时的阶段2的结构即KC24的结构的碱金属-GIC的示意图。图9为具有碱金属为K时的阶段3的结构的碱金属-GIC的示意图。图10为表示实施例3中得到的薄片化石墨的电子显微镜照片的图。图11为表示实施例3中得到的薄片化石墨的XRD图谱的图。图12为表示实施例4中得到的薄片化石墨的电子显微镜照片的图。图13为表示实施例4中得到的薄片化石墨的XRD图谱的图。图14为表示实施例5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无规结构GIC的制造方法，该方法包括以下工序：准备碱金属‑GIC的工序，所述碱金属‑GIC是在石墨烯层间插入了碱金属而得到的；以及在非氧化性气氛下使极性质子性溶剂与所述碱金属‑GIC接触的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.06 JP 2013-044461;2013.11.08 JP 2013-232161.一种薄片化石墨分散液的制造方法，其包括以下工序：通过下述无规结构GIC的制造方法得到无规结构GIC的工序；在所述无规结构GIC中添加含有表面活性剂的极性溶剂的工序；以及在所述含有表面活性剂的极性溶剂中添加所述无规结构GIC之后，在添加了所述无规结构GIC的所述含有表面活性剂的极性溶剂中对所述无规结构GIC进行剥离处理的工序，所述无规结构GIC的制造方法包括以下工序：准备碱金属-GIC的工序，所述碱金属-GIC是在石墨烯层间插入了碱金属而得到的；以及在非氧化性气氛下使极性质子性溶剂与所述碱金属-GIC接触的工序。2.根据权利要求1所述的薄片化石墨分散液的制造方法，其中，所述非氧化性气氛下是不活泼气体气氛下。3.根据权利要求1或2所述的薄片化石墨分散液的制造方法，其中，所述无规结构GIC的制造方法在所述非氧化性气氛下使所述极性质子性溶剂与所述碱金属-GIC接触的工序之后，还包括将所述碱金属-GIC暴露在含氧气氛下的工序。4.根据权利要求3所述的薄片化石墨分散液的制造方法，其中，所述含氧气氛为空气中。5.根据权利要求1或2所述的薄片化石墨分散液的制造方法，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：和田拓也，中寿贺章，豊田昌宏，
申请(专利权)人：积水化学工业株式会社，国立大学法人大分大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP