石墨烯制造工艺制造技术

还原石墨烯的工艺的制备工艺，其包括如下步骤：提供插入有含氧基团的可膨胀石墨；将所述可膨胀石墨在足以导致所述可膨胀石墨膨胀和包括含氧基团的膨胀石墨形成的条件下加热；和使所述膨胀石墨与一氧化碳接触以还原所述含氧基团的至少一部分和形成包括还原石墨烯阵列的还原的膨胀石墨。本发明专利技术工艺能够制造大量的高品质石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨烯制造工艺
本专利技术总体上涉及用于制造石墨烯的工艺。具体地，本专利技术涉及用于制备高品质的还原石墨烯的工艺。本专利技术还涉及通过所述工艺制备的还原石墨烯以及包含所述还原石墨烯的产品。
技术介绍
石墨烯是以六边形蜂窝状晶格图案排列的碳原子的二维、一个原子厚的片的形式的材料。石墨烯对于在许多应用中例如在柔性电子器件、半导体中和作为先进材料中的加强剂的用途越来越让人感兴趣，因为石墨烯具有许多独特且合意的性质，包括是透明的、坚固的、轻质的、并且是热和电的优异导体。目前，许多方法可用于制造石墨烯，包括例如，石墨的微机械剥离、SiC热分解、化学气相沉积(CVD)和外延生长，其各自具有多种优点和缺点。例如，“自下而上(bottomup)”的石墨烯制造方法例如CVD是耗时并且昂贵的，并且仅产生少量的单层或几层的石墨烯。结果，这样的方法不适合于生成大量的石墨烯并且不可能是在商业规模上可行的。此外，“自上而下(topdown”的石墨烯制造方法例如化学氧化可导致包含显著比例的氧化物基团和缺陷的石墨烯，这可对石墨烯的电子、光学和机械性质具有有害影响。而且，自上而下的制造方法可为缓慢的、昂贵的和危险的。仍对于能够制造大量的高品质石墨烯的制造工艺存在需要。在本说明书中仅出于提供本专利技术的上下文的目的而包括文献、动作、材料、装置、制品等的讨论。不暗示或者表示，任意或者全部的这些事件由于其在本申请各权利要求的优先权日之前存在而形成了现有技术基础的部分或者是与本专利技术相关的领域中的公知常识。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供用于制备还原石墨烯的工艺，其包括如下步骤：提供插入有含氧基团的可膨胀石墨；将所述可膨胀石墨在足以导致所述可膨胀石墨膨胀和包括含氧基团的膨胀石墨形成的条件下加热；和使所述膨胀石墨与一氧化碳接触以还原所述含氧基团的至少一部分和形成包括还原石墨烯阵列的还原的膨胀石墨。在一组实施方式中，将所述膨胀石墨在与一氧化碳接触期间加热。在一些实施方式中，将所述膨胀石墨在与一氧化碳接触期间在至少80℃的温度下加热。在一些示例性实施方式中，将所述膨胀石墨在与一氧化碳接触期间于在约80-1800℃范围内、优选地在约500-1000℃范围内、更优选地在约800-900℃范围内的温度下加热。在本专利技术的实施方式中，可使所述膨胀石墨与一氧化碳接触至少1分钟的时间段。在一些实施方式中，可使所述膨胀石墨与一氧化碳接触至少30分钟的时间段。在一种形式中，可使所述膨胀石墨与一氧化碳接触在1-24小时范围内、或者在约6-12小时范围内的时间段。为了还原所述含氧基团，可使所述膨胀石墨与包括约1％-100％一氧化碳、更优选地至少5％一氧化碳例如5％-50％一氧化碳的气体接触。在一些实施方式中，可使所述膨胀石墨与包括与惰性气体例如氩气或氮气预混合的一氧化碳的气体接触。根据本专利技术工艺的一组实施方式，可将所述插入有含氧基团的可膨胀石墨在至少150℃的温度下加热。在一些优选的实施方式中，可将所述插入有含氧基团的可膨胀石墨于在约200-约1800℃的范围内的温度下、更优选地于在约500-1200℃范围内的温度下和最优选地于在约700-1100℃范围内的温度下加热。可将所述插入有含氧基团的可膨胀石墨加热在约0.1秒-2分钟范围内的时间段。对所述可膨胀石墨加热可导致所述可膨胀石墨快速热膨胀，使得仅需要加热相对短的时间。在一组实施方式中，将所述可膨胀石墨在例如空气或者惰性气体例如氮气、氩气等的气氛中加热。在进一步的实施方式中，将所述可膨胀石墨在一氧化碳气氛中加热。所述加热可在炉子中在所述气体流动的情况下发生并且可在减压下发生。在一组实施方式中，所述可膨胀石墨的加热发生在不同于一氧化碳的气体的气氛中，然后将所述膨胀石墨通过在一氧化碳气氛中加热而还原。在一组实施方式中，在加热期间照射所述插入有含氧基团的可膨胀石墨。在一组实施方式中，将所述插入有含氧基团的可膨胀石墨在减压下加热。在一种形式中，本专利技术工艺可为单步骤工艺，其中所述插入有含氧基团的可膨胀石墨的加热在一氧化碳的存在下进行，由此所述可膨胀石墨的膨胀和所述含氧基团的至少一部分被一氧化碳还原以形成还原的膨胀石墨可发生在单个容器例如炉子中。在该工艺中，所述含氧基团的至少一部分的还原是与所述膨胀过程不间断的(连续的)，使得无需改变气体组成。因此，在一组实施方式中，提供用于制备还原石墨烯的工艺，其包括如下步骤：提供插入有含氧基团的可膨胀石墨；将所述可膨胀石墨在一氧化碳的存在下在足以导致所述可膨胀石墨的膨胀和膨胀石墨的形成的条件下加热其中一氧化碳使所述含氧基团的至少一部分还原以形成包括还原石墨烯阵列的还原的膨胀石墨。在一些实施方式中，本专利技术工艺还可包括如下步骤：使所述还原的膨胀石墨经历足以使所述还原的膨胀石墨剥离(剥落)，从而形成还原石墨烯的分离层的条件。在一组实施方式中，使所述还原的膨胀石墨经历机械剥离。机械剥离可通过声处理、优选地超声处理实现。在所述工艺的一些实施方式中，将所述还原的膨胀石墨在至少20kHz的频率下、优选地于在约20-100kHz范围内的频率下声处理。在一些实施方式中，可将所述还原的膨胀石墨分散在载体中并且在所述载体中剥离。所述载体可为固体或液体载体、优选地液体载体例如溶剂。优选地，所述溶剂为芳族烃溶剂、更优选地非极性的芳族烃溶剂。在另一方面中，本专利技术还提供通过本文中描述的实施方式的任一项的工艺制备的还原石墨烯。附图说明本文中将通过实施例、仅参照附图说明本专利技术的优选实施方式，其中：图1是根据实施例1中描述的本专利技术实施方式制造的还原石墨烯的拉曼光谱，其在～2650、～1580和～1314cm-1(2D、G和D带)处显示出显著的峰。图2为根据实施例1中描述的本专利技术实施方式在单个容器中制造的还原石墨烯的拉曼光谱，其在～2650、～1580和～1314cm-1(2D、G和D带)显示出显著的峰。图3为将根据本专利技术制备的石墨烯“GT-CO”与对比石墨烯类型的按照实施例2中描述的性质的氧化物基团含量比较的条线图。图4显示关于滞后曲线图的多条曲线，所述滞后曲线绘制对于包含0％、1％、5％、10％和20％的根据本专利技术的石墨烯的SBS组合物，按照实施例2中描述的性质的当应力增大然后降低时在应力-应变方面的变化。图5为显示具有0％、1％、5％、10％和20％的根据本专利技术制备的石墨烯的SBS组合物的按照实施例2中描述的性质的最大应变的条线图。图6为显示包含0％、1％、5％、10％和20％的根据本专利技术的石墨烯的在2.5％应变下的SBS组合物的按照实施例2中描述的性质的正切模量的条线图。具体实施方式本专利技术提供用于制造石墨烯、特别地还原石墨烯的工艺。本专利技术工艺容许由相对低成本和可容易获得的石墨来源制造高品质石墨烯。根据一个方面，提供用于制备还原石墨烯的工艺，其包括如下步骤：提供插入有含氧基团的可膨胀石墨；将所述可膨胀石墨在足以导致所述可膨胀石墨膨胀和包括含氧基团的膨胀石墨形成的条件下加热；和使所述膨胀石墨与一氧化碳接触以还原所述含氧基团的至少一部分和形成包括还原石墨烯阵列的还原的膨胀石墨。本专利技术工艺采用可膨胀石墨。所述可膨胀石墨为由石墨烯的多层堆叠体组成的碳材料。各石墨烯层由以二维六方晶格(lattice，格子)图案排列的碳原子的平面阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备还原石墨烯的工艺，其包括如下步骤：提供插入有含氧基团的可膨胀石墨；将所述可膨胀石墨在足以导致所述可膨胀石墨膨胀和包括含氧基团的膨胀石墨形成的条件下加热；和使所述膨胀石墨与一氧化碳接触以还原所述含氧基团的至少一部分和形成包括还原石墨烯阵列的还原的膨胀石墨。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.01 AU 20149015841.用于制备还原石墨烯的工艺，其包括如下步骤：提供插入有含氧基团的可膨胀石墨；将所述可膨胀石墨在足以导致所述可膨胀石墨膨胀和包括含氧基团的膨胀石墨形成的条件下加热；和使所述膨胀石墨与一氧化碳接触以还原所述含氧基团的至少一部分和形成包括还原石墨烯阵列的还原的膨胀石墨。2.根据权利要求1的工艺，其中将所述膨胀石墨在与一氧化碳接触期间加热。3.根据权利要求1或权利要求2的工艺，其中将所述膨胀石墨在与一氧化碳接触期间在至少80℃的温度下加热。4.根据权利要求1-3任一项的工艺，其中将所述膨胀石墨在与一氧化碳接触期间于在约80-1800℃范围内的温度下加热。5.根据权利要求1-3任一项的工艺，其中将所述膨胀石墨在与一氧化碳接触期间于在约500-1000℃范围内的温度下加热。6.根据权利要求1-5任一项的工艺，其中将所述膨胀石墨在与一氧化碳接触期间于在约800-900℃范围内的温度下加热。7.根据权利要求1-6任一项的工艺，其中使所述膨胀石墨与一氧化碳接触至少1分钟的时间段。8.根据权利要求1-7任一项的工艺，其中使所述膨胀石墨与一氧化碳接触至少30分钟的时间段。9.根据权利要求1-8任一项的工艺，其中使所述膨胀石墨与一氧化碳接触在约1-24小时范围内的时间段。10.根据权利要求1-9任一项的工艺，其中使所述膨胀石墨与一氧化碳接触在约6-12小时范围内的时间段。11.根据权利要求1-10任一项的工艺，其中使所述膨胀石墨与包括在氮气中的约1％-100％一氧化碳的气体接触。12.根据权利要求1-11任一项的工艺，其中将所述插入有含氧基团的可膨胀石墨在至少200℃的温度下加热。13.根据权利要求1-12任一项的工艺，其中将所述插入有含氧基团的可膨胀石墨于在约200-约1800℃范围内的温度下加热。14.根据权利要求1-13任一项的工艺，其中将所述插入有含氧基团的可膨胀石墨于在约500-1200℃范围内的温度下加热。15.根据权利要求1-14任一项的工艺，其中将所述插入有含氧基团的可膨胀石墨于在约700-1100℃范...

【专利技术属性】
技术研发人员：M柴卡，R尚克斯，H休格尔，
申请(专利权)人：皇家墨尔本理工大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU