石墨烯基材料的穿孔片制造技术

提供了具有多个穿孔的石墨烯基材料的穿孔片。所述穿孔片可以包含穿孔的单层石墨烯。所述穿孔可以位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上，并且所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm。还提供了制备所述穿孔片的方法。

Perforated sheets of graphene based materials

A perforated sheet with a number of perforated graphene based materials is provided. The perforated sheet may contain a perforated monolayer of graphene. The perforation can be located on the area above 10% of the sheet of the graphene base material, and the average pore size of the perforation is selected from 0.3nm to 1 mu m. A method for preparing the perforated sheet is also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨烯基材料的穿孔片相关申请的交叉引用本申请要求2015年8月5日提交的标题为“石墨烯基材料的穿孔片”的第62/201,527号美国临时申请和2015年8月5日提交的标题为“石墨烯基材料的可穿孔片”的第62/201,539号美国临时申请的优先权权益，所述临时申请的两者的内容通过引用整体并入本文。与本申请同时，要求相同的所述两篇临时申请的优先权权益的另一美国专利申请正在以序列号__/_______标题为“石墨烯基的材料的可穿孔片”进行提交，其内容通过引用整体并入本文。背景在石墨烯的各种形式中，石墨烯已经获得广泛关注以用于许多应用中，主要是由于其高导电率值和高导热率值、优异的平面内机械强度以及独特的光学和电子性质的有利组合。已经提出将穿孔石墨烯用于过滤应用中。在Liu等人，NanoLett.2008，第8卷，第7期，第1965-1970页中已经公开了通过暴露于氧气(O2)在石墨烯中形成孔或穿孔。如其中所述，使用350托氧气在1个大气压(atm)氩气中在500℃下持续2小时，在单层石墨烯中蚀刻20nm至180nm范围的通孔或孔洞。据报道，通过机械剥离Kish石墨制备石墨烯样品。在Kim等人“FabricationandCharacterizationofLargeArea,SemiconductingNanoperforatedGrapheneMaterials,”NanoLetters2010年第10卷，第4期，2010年3月1日，第1125-1131页中描述了另一方法。该参考文献描述了使用自组装聚合物来产生适合于使用反应性离子蚀刻(RIE)进行构图的掩模。P(S-嵌段MMA)嵌段共聚物形成PMMA列的阵列，其在去除时形成用于RIE的贯穿孔。据报道，通过机械剥离形成石墨烯。概述一些实施方案提供了包括石墨烯基材料的穿孔片的片。穿孔可以位于石墨烯基材料的所述片的大于10％或大于15％的面积上。在另外一些实施例中，穿孔面积可以对应于所述石墨烯基材料的片的所述面积的0.1％或更大。在另外的实施方案中，穿孔的平均孔隙尺寸可以选自0.3nm至1μm。所述片的至少一个横向尺寸可以大于1mm、大于1cm或大于3cm。一些实施方案提供了石墨烯基材料的穿孔片，所述石墨烯基材料包含穿孔之前的单层石墨烯，石墨烯基材料的穿孔片包括多个穿孔，其特征在于所述穿孔可以位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上并且穿孔的平均孔隙尺寸可以选自0.3nm至1μm。在一些实施方案中，石墨烯基材料的穿孔片包括具有多个穿孔的穿孔单层石墨烯，所述穿孔的特征在于穿孔可以位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上并且穿孔的平均孔隙尺寸可以选自0.3nm至1μm。在一些实施方案中，孔隙尺寸的变异系数可以为0.1至2、0.5至2或0.1至0.5。在另外的一些实施方案中，穿孔的平均孔隙尺寸可以为0.3nm至0.1μm或0.3nm至1μm。在一些实施方案中，穿孔之前的石墨烯基材料的片包含具有表面的单层石墨烯和提供在所述单层石墨烯上的非石墨烯碳基材料。在一些实施方案中，单层石墨烯可以具有至少两个表面，例如衬底侧表面和形成相对表面的自由表面。例如，非石墨烯碳基材料可以提供在单层石墨烯的一个或两个表面上。在一些实施方案中，石墨烯基材料的片包括单层或多层石墨烯或其组合的片。在一些实施方案中，可以通过化学气相沉积(CVD)、然后在穿孔之前进行至少一个另外的调节或处理步骤，形成石墨烯基材料的片。在一些实施方案中，本文所述的调节方法可以降低非石墨烯碳基材料覆盖单层石墨烯表面的程度，可以降低所述非石墨烯碳基材料的移动性，并且可以降低所述非石墨烯碳基材料的挥发性和/或其组合。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料包含至少80％碳或20％至100％碳。在另外的一些实施方案中，所述非石墨烯碳基材料还包括非碳元素。在一些实施方案中，所述非碳元素可以选自氢、氧、硅、铜、铁及其组合。在一些实施方案中，所述非石墨烯碳基材料具有包含碳、氢和氧的元素组成。在另外的实施方案中，所述非石墨烯碳基材料可以具有包含无定形碳、一种或多种碳氢化合物或这些的任意组合的分子组成。在另外的一些实施方案中，非碳元素(例如硼或硅)可以取代晶格中的碳。在一些实施方案中，所述非石墨烯碳基材料可以不表现出长程有序性。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料可以与所述单层石墨烯的所述表面物理接触。在一些实施方案中，非石墨烯碳材料的特性如穿孔后所测定的那些特性。在穿孔之后，石墨烯基材料的穿孔片可以保持单层石墨烯或者在穿孔之前存在的单层石墨烯可以变成基本无序的。在一些实施方案中，所述单层石墨烯的特征可以在于大于或等于1微米(1μm)的长程有序的平均尺寸结构域。在另外的一些实施方案中，所述单层石墨烯可以具有特征在于1微米数量级的长程晶格周期性的无序程度。在另外的一些实施方案中，所述单层石墨烯具有特征在于小于1％含量的晶格缺陷的无序程度。在一些实施方案中，单层石墨烯的晶格可以在1nm至10nm的尺度内受到破坏。在另外的一些实施方案中，石墨烯基材料的穿孔片可以不表现长程有序性。在一些实施方案中，石墨烯基材料的穿孔片中的无序的特征可以在于缺少石墨烯的6个特征衍射点，其表征有序石墨烯的倒晶格空间(reciprocallatticespace)。在一些实施方案中，提供了制备石墨烯基材料的穿孔片的方法。例如，一些实施方案提供对石墨烯基材料的片穿孔的方法，所述方法包括：提供所述石墨烯基材料的片，所述石墨烯基材料包括具有表面的单层石墨烯；以及提供在所述单层石墨烯上的非石墨烯碳基材料；其中所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面可以被所述非石墨烯碳基材料覆盖；以及将石墨烯基材料的片暴露于特征在于5eV至100keV的离子能量和1×1013个离子/cm2至1×1021个离子/cm2的注量的离子。在一些实施方案中，单层石墨烯包括至少两个表面并且所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面可以被所述非石墨烯碳基材料覆盖。在另外的一些实施方案中，可以悬挂单层石墨烯的至少一部分。在一些实施方案中，在离子源与石墨烯基材料的片之间可以不存在掩模或模板。在一些实施方案中，离子源可以是准直的离子源，例如宽束或泛源。在一些实施方案中，离子是稀有气体离子，选自Xe+离子、Ne+离子或Ar+离子，或者是氦离子。在一些实施方案中，离子选自Xe+离子、Ne+离子和Ar+离子，离子能量为5eV至50eV并且离子剂量为5×1014个离子/cm2至5×1015个离子/cm2。在一些实施方案中，离子能量为1keV至40keV并且离子剂量为1×1019个离子/cm2至1×1021个离子/cm2。这些参数可以用于He离子。在另外的一些实施方案中，在离子辐射期间可以存在背景气体。例如，可以在10-3托至10-5托的总压力下包含5×10-4托至5×10-5托分压的氧气、氮气或二氧化碳的环境中，将石墨烯基材料的片暴露于离子。在一些实施方案中，当存在背景气体时离子辐射条件包括100eV至1000eV的离子能量和1×1013个离子/cm2至1×1014个离子/cm2的离子剂量。在这些条件下可以使用准中性等离子体。在一些实施方案中，提供对石墨烯基材料的片穿孔的方法，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
石墨烯基材料的穿孔片，具有面积并且包含：穿孔的单层石墨烯；所述单层石墨烯中的多个穿孔，其位于所述单层石墨烯的大于10％的所述面积上，所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm；其中所述穿孔的特征在于穿孔密度选自2/nm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.05 US 62/201,527;2015.08.05 US 62/201,5391.石墨烯基材料的穿孔片，具有面积并且包含：穿孔的单层石墨烯；所述单层石墨烯中的多个穿孔，其位于所述单层石墨烯的大于10％的所述面积上，所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm；其中所述穿孔的特征在于穿孔密度选自2/nm2至1/μm2；并且，其中所述穿孔面积对应于所述石墨烯基材料的片的0.1％或更大的所述面积。2.如权利要求1所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述穿孔的特征在于具有以0.1至2的变异系数为特征的分散度的孔隙分布。3.如权利要求2所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯的特征在于大于或等于1μm的长程有序的平均尺寸结构域。4.如权利要求1所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯具有以1微米数量级的长程晶格周期性为特征的无序程度。5.如权利要求1所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中穿孔的石墨烯基材料不表现出长程有序性。6.如权利要求1所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯的至少一个横向尺寸为10nm至10cm。7.如权利要求6所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯包含至少两个表面并且所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面被非石墨烯碳基材料覆盖。8.如权利要求7所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料与所述单层石墨烯的所述表面中的至少一个物理接触。9.石墨烯基材料的穿孔片，包含：具有多个穿孔的穿孔的单层石墨烯，所述穿孔的特征在于所述穿孔位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上并且所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm。10.石墨烯基材料的穿孔片，所述石墨烯基材料包含：单层石墨烯；所述单层石墨烯中的多个穿孔，所述穿孔的特征在于所述穿孔位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上并且所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm。11.如权利要求9或10所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述穿孔的特征在于具有以0.1至2的变异系数为特征的分散度的孔隙分布。12.如权利要求9或10所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述孔隙尺寸的变异系数为0.5至2。13.如权利要求9或10所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述孔隙尺寸的变异系数为0.1至0.5。14.如权利要求9至13中任一项所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述穿孔的特征在于选自2/nm2至1/μm2的穿孔密度。15.如权利要求9至14中任一项所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中穿孔面积对应于所述石墨烯基材料的片的0.1％或更大的所述面积。16.如权利要求9至15中任一项所述的石墨烯基材料的片，其中所述穿孔的特征在于选自0.2nm2至0.25μm2的所述穿孔的平均面积。17.如权利要求9所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯的特征在于大于或等于1μm的长程有序的平均尺寸结构域。18.如权利要求9所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯具有以1微米数量级的长程晶格周期性为特征的无序程度。19.如权利要求9所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯具有特征在于小于1％含量的晶格缺陷的无序程度。20.如权利要求9所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯的晶格在1nm至10nm的尺度内受到破坏。21.如权利要求10所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述穿孔石墨烯基材料不表现出长程有序性。22.如权利要求9至21中任一项所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述片的厚度为0.3nm至10nm。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：雅各布·L·斯维特，彼得·V·拜德沃斯，斯科特·E·海斯，史蒂文·W·西恩特，莎拉·M·西蒙，
申请(专利权)人：洛克希德马丁公司，
类型：发明
国别省市：美国,US