石墨烯分散膏、其制备方法及使用方法技术

一种石墨烯分散膏，具有50,000与350,000cps间的粘度及小于20μm的刮板细度，且包含：石墨烯片、溶剂以及第一高分子，其中该石墨烯片具有0.005‑0.05g/cm

Graphene dispersion paste, its preparation method and application method

A graphene dispersion paste has a viscosity between 50,000 and 350,000 CPS and a scraper fineness less than 20 microns, and comprises graphene sheets, solvents and first polymers, wherein the graphene sheets have a viscosity of 0.005 0.05g/cm.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯分散膏、其制备方法及使用方法
本专利技术关于一种可长期保持石墨烯片均匀分散的石墨烯分散膏、其制备方法及使用方法。
技术介绍
2004年英国曼彻斯特大学AndreGeim与KonstantinNovoselov成功利用胶带剥离石墨的方式获得单层石墨烯(graphene)，石墨烯主要是由sp2混成轨域组成六角形蜂巢排列的二维晶体结构，其厚度仅0.335nm，亦即仅一个碳原子直径的大小。石墨烯的比重仅约钢铁的四分之一，机械强度可远高于钢铁百倍，是目前机械强度最强的材料，而在导电性、导热性、抗化学性等方面具有优异性能的石墨烯不断被产业应用于不同的
然而，在实际应用上最常面临的问题是，石墨烯片不易均匀分散，容易聚集、堆叠而结块，即使短暂分散后也可能随即团聚，因此，如何防止石墨烯片彼此不均匀地堆叠的现象，以获得均匀分散且少层数的石墨烯粉体，一直都是产业界最需解决的技术瓶颈。第101864098B号中国专利公开一种聚合物及石墨烯复合母料的制备方法，是以石墨烯粉体与溶剂以超音波或研磨方式将氧化石墨分散在聚合物乳胶，将还原剂通入聚合物乳胶进行氧化石墨烯的原位还原，再通过破乳、凝聚、干燥等步骤得到固态的聚合物及石墨烯复合母料。然而，除有研究指出超音波的方式较不适用于高粘度的液体(RasheedAtif,FawadInam,BeilsteinJornalofNanotechnology.2016,7,1174-1196)之外，含有溶剂及还原石墨烯的聚合物乳胶在干燥过程，还原石墨烯会受溶剂挥发的影响而再次团聚。第106221128A号中国专利公开一种碳纤维复合材料的制备方法，是以复合树脂及填充料(例如：石墨烯)预先加热到摄氏30度至150度之间利用超音波使改性填充料分散在基体树脂后，再以滚筒研磨数次，冷却后得到改性树脂，将改性树脂和碳纤维在热熔预浸机上制备碳纤维预浸料，再将铺放好的碳纤维预浸料热压成型，得到碳纤维复合材料。然而，按此方法使用石墨烯作为改性填充料，基体树脂内的石墨烯于冷却过程会发生团聚，导致改性树脂不具有预期的效能。第20150333320A1号美国专利公开一种正极活性物质及石墨烯复合物颗粒的制造方法，是以表面含有官能基的氧化石墨烯及正极活性物质于混练机进行复合化而得到前体颗粒，以热还原法或还原剂氧化石墨烯而得到正极活性物质及石墨烯复合物颗粒。有研究指出还原氧化石墨烯的表面官能基越多表示氧含量越高，其导电与导热性越低(NaokiMorimoto,TakuyaKubo,YutaNishina,ScientificReports6,2016,21715)，因此，前述方法须通过温度及还原气氛严格控制石墨烯的官能基及含氧量的相对比率，虽然含氧量较高的石墨烯不易发生团聚，但已丧失石墨烯的特性。由上述现有技术可知，目前石墨烯分散技术局限于特定材料形式或操作条件，且短时间分散的石墨烯与其他材料混合或可提升效能，但是实际应用，与其他材料混合的石墨烯必须至少保持分散状态达到一定期间，才具备产业利用性。
技术实现思路
为达上述目的，本专利技术提供一种石墨烯分散膏的制备方法，包含：混合及搅拌石墨烯片、溶剂及高分子形成假塑性非牛顿流体，其中石墨烯片由2至30相互堆叠的石墨烯层所组成，具有0.005-0.05g/cm3的堆积密度、0.68-10nm的厚度、及1-100μm的平面横向尺寸；以及施加不小于10bar的压力使假塑性非牛顿流体通过间隙不大于1000μm的狭缝至少二次，形成石墨烯分散膏，其中假塑性非牛顿流体通过狭缝时的粘度介于10-10000cps，石墨烯分散膏的粘度介于50,000至350000cps之间。于一实施例，上述石墨烯片占上述假塑性非牛顿流体的0.05-20wt％。于一实施例，上述石墨烯片的表面具有Rx-R'y的官能基，R选自苯环、吡啶(pyridine)及三嗪(triazine)的至少其中之一，R’选自氨基、烷氧基、羰基、羧基、酰氧基、酰胺基、伸烷氧基、二甲基胺基及伸烷氧羧基的至少其中之一，1≦x≦4，1≦y≦6。于一实施例，逐次调高上述压力至10-30bar，且降低上述狭缝的间隙至10-1000μm。于一实施例，上述制备方法进一步包含：加热至30-200℃降低上述石墨烯分散膏的黏度至10000-50000cps，且以离心力去除降低粘度的上述石墨烯分散膏内的气泡。基于上述制备方法，本专利技术提供一种石墨烯分散膏，具有50,000至350000cps间的黏度及小于20μm的刮板细度，且包含：石墨烯片、溶剂以及第一高分子，其中石墨烯片的含量介于0.05-20wt％，且具有0.005-0.05g/cm3的堆积密度、0.68-10nm的厚度、及1-100μm的平面横向尺寸。基于上述制备方法，本专利技术提供一种石墨烯分散膏的使用方法，包含：制备上述石墨烯分散膏；稀释上述石墨烯分散膏，形成粘度不大于50,000cps的石墨烯分散液；施加石墨烯分散液于基材，使石墨烯片分散沉降于基材的表面；以及固化石墨烯分散液，使第一高分子将石墨烯片粘附于基材的表面。于一实施例，以溶剂或相容于上述第一高分子的第二高分子稀释上述石墨烯分散膏，形成石墨烯分散液；于固化石墨烯分散液后，上述第一高分子及第二高分子将上述石墨烯片粘附于上述基材表面。于一实施例，于稀释上述石墨烯分散膏时，进一步添加导电填料形成上述石墨烯分散液；于固化上述石墨烯分散液后，上述石墨烯片连接导电填料形成导电网络。本专利技术利用高分子的流体特性，将石墨烯片混合高分子形成粘度大于50,000cps的假塑性非牛顿流体，施加10-30bar的压力使假塑性非牛顿流体通过10-1000μm的狭缝至少二次，在狭缝所形成的高剪切力作用下高分子的粘度骤降而均匀分散石墨烯片，通过狭缝恢复原有粘度的高分子可有效防止石墨烯片发生团聚，且能长时间保持石墨烯片的分散状态。使用本专利技术的石墨烯分散膏时，通过添加溶剂或相容高分子调整石墨烯分散膏的粘度，可控制石墨烯片流动的方向及速率，使石墨烯片分散贴附于材料表面，藉此，石墨烯分散膏可应用于纤维、橡胶、电化学等
，深具产业利用性。附图说明图1为本专利技术的石墨烯分散膏的制备方法的步骤流程图；图2为本专利技术的石墨烯分散膏的制备方法的混合步骤示意图；图3为本专利技术的石墨烯分散膏的制备方法的搅拌步骤示意图；图4为本专利技术的石墨烯分散膏的制备方法的分散步骤示意图；图5为本专利技术的石墨烯分散膏的制备方法的脱泡步骤示意图；图6A、图6B及图6C图为本专利技术的石墨烯分散膏的使用方法的步骤示意图；图7为应用本专利技术的电流收集层的超级电容器的结构示意图；图8为应用本专利技术的电流收集层与仅使用铝箔做为电流收集层的现有超级电容器的电流密度对电容量点线图；图9为应用本专利技术的电流收集层与仅使用铝箔做为电流收集层的现有超级电容器的容抗(Z”)对阻抗(Z’)点线图；图10为应用本专利技术的石墨烯电极材料与使用与碳奈米管(CNT)电极材料的半电池的电池容量对充放电率点线图；以及图11为应用本专利技术的石墨烯电极材料与使用碳奈米管(CNT)电极材料的半电池于1C速率的电池容量对循环寿命点线图。其中，附图标记说明如下：1石墨烯分散膏1'石墨烯分散液7超级电容器10石墨烯高分子复合结构11石墨烯片12第一高分子12’经稀释本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯分散膏的制备方法，其特征在于，包含：混合及搅拌石墨烯片、溶剂及高分子形成假塑性非牛顿流体，其中该石墨烯片由2至30相互堆叠的石墨烯层所组成，具有0.005‑0.05g/cm

【技术特征摘要】
2017.10.25 TW 1061366111.一种石墨烯分散膏的制备方法，其特征在于，包含：混合及搅拌石墨烯片、溶剂及高分子形成假塑性非牛顿流体，其中该石墨烯片由2至30相互堆叠的石墨烯层所组成，具有0.005-0.05g/cm3的堆积密度、0.68-10nm的厚度、及1-100μm的平面横向尺寸；以及施加不小于10bar的压力使该假塑性非牛顿流体通过间隙不大于1000μm的狭缝至少二次，而形成石墨烯分散膏，其中该假塑性非牛顿流体通过该狭缝时的粘度介于10-10000cps，该石墨烯分散膏的粘度介于50,000至350000cps之间。2.根据权利要求1所述石墨烯分散膏的制备方法，其特征在于，该石墨烯片占该假塑性非牛顿流体的0.05-20wt％。3.根据权利要求1所述石墨烯分散膏的制备方法，其特征在于，该石墨烯片的表面具有Rx-R'y的官能基，R选自苯环、吡啶(pyridine)及三嗪(triazine)的至少其中之一，R’选自氨基、烷氧基、羰基、羧基、酰氧基、酰胺基、伸烷氧基、二甲基胺基及伸烷氧羧基的至少其中之一，1≦x≦4，1≦y≦6。4.根据权利要求1所述石墨烯分散膏的制备方法，其特征在于，逐次调高该压力至10-30bar，且降低该狭缝的间隙至10-1000μm。5.根据权利要求1所述石墨烯分散膏的制备方法，其特征在于，又包含：加热至30-200℃降低该石墨烯分散膏的粘度至10000-50000cps，且以离心力去除降低粘度的该石墨烯分散膏内的气泡。6.一种石墨烯分散膏，其特征在于，具有50,000与350,000cps间...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴以舜，谢承佑，沈芳如，林庚蔚，陈静茹，
申请(专利权)人：安炬科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71