【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及申请人的新型边缘官能化石墨烯的用途，更具体地，涉及其用作冷却服务器集群等的热流体的用途。尽管下文将参照本专利技术的优选实施方案来描述本专利技术，但本领域技术人员将理解本专利技术的主旨和范围可以以许多其他形式体现。
技术介绍
1、在整个说明书中对现有技术的任何讨论都不应被认为是承认这种现有技术是广为人知的或构成本领域公共常识的一部分。
2、pct/au2019/051076和相关的国家阶段申请中描述了新型边缘官能化石墨烯，现在每个申请都分配给本申请人。
3、pct/au2019/051076教导了一种可分散石墨烯片及其制备方法。石墨烯片的结构包括石墨烯基底层，在其上堆叠有至少一个不连续石墨烯层，其中基底层上方的每个石墨烯层具有比其堆叠在上面的层更小的表面积。基底层和堆叠在其上的不连续层的边缘都是至少部分官能化的，从而提供了因为基底层而具有石墨烯样性质并且因为每个薄片上官能化基团的量增加而具有相对较高的分散性的结构。除其他用途外，设想薄片在电极或复合材料的生产中具有实用性。
4、一般来说，石墨烯是一个原子层厚的碳膜，具有许多期望的性质，例如高导热性和导电性以及高机械强度。因此，石墨烯是一种有前景的材料，用于广泛的应用，如能量存储、生物传感和过滤，以及改进的电气和医疗设备。然而，目前石墨烯在这些应用中的使用受到限制，因为在生产和储存大量石墨烯或石墨烯衍生物(如纳米片或纳米带)以用于工业规模制造，同时仍需保持石墨烯的期望性质方面存在困难。术语石墨烯通常被认为是指厚度为1至10个原子层的碳膜(
5、自从石墨烯首次通过“透明胶带(scotch tape)”方法(其中使用胶带从大块石墨上剥离石墨烯层)经机械裂解进行分离以来，已经研究了许多加工路线，例如化学气相沉积和球磨，其目的在于提供一种有效的方法来生产工业规模数量的石墨烯，但目前几乎没有加工路线被证明是可行的。
6、20世纪50年代开发的用于生产氧化石墨的hummer方法已经过修改以能够生产大量的氧化石墨烯。已经尝试通过还原将氧化石墨烯转化为石墨烯。然而，目前氧化石墨烯尚未成功还原成石墨烯，因此虽然可以生产大量的氧化石墨烯，但与天然石墨烯相比，氧化石墨烯具有次优的性质。
7、已显示出前景的一条生产路线是液相剥离。在这种方法中，通常通过使用超声处理将石墨在液体介质中剥离成石墨烯。由于石墨烯层通过弱范德华力保持在一起，因此超声波能够将石墨烯层分开。这可以通过改变液体介质的组成以包括溶剂或稳定剂从而降低片层之间的势垒来进一步改善。
8、由液相剥离生产的石墨烯的一个问题是，由于石墨烯结构的分散性差，需要大量的溶剂。例如，纯石墨烯只能以低于0.01g/l的浓度分散在纯水中，并且通过添加表面活性剂或通过持续搅拌不会大大提高该极限。高于这些浓度时，石墨烯倾向于附聚，重新堆积成石墨结构。因此，长时间储存石墨烯是不可行的，因为需要大量的溶剂。因此，需要一种石墨烯形式，其允许在水中形成稳定性更高的分散体，同时保持石墨烯的有益性质，例如导电性。
9、石墨烯结构附聚的趋势也对在复合材料中使用石墨烯结构提出了挑战。在许多情况下，优选在另一种材料(例如聚合物)的基质内具有分散相(例如石墨烯)的均匀分布，以改善基质材料的性质，例如强度和导电性。石墨烯结构的稳定分散体将能够更容易地制造具有更高浓度的分散相的石墨烯复合材料，从而能够更好地调整复合材料的材料性质。
10、增加石墨烯结构的分散性的方法是通过使石墨烯片层的边缘官能化。这允许结构基本上保持天然石墨烯的性质，同时增加分散性。这些结构通常被称为边缘官能化的石墨烯，如上所述。
11、除了申请人在pct/au2019/051076中描述的方法之外，ding等人sci.rep.8:5567(2018)描述了另一种生产边缘官能化的石墨烯的方法。该方法包括向脱气水中添加石墨粉末，将混合物进行超声处理以产生黑色石墨浆料，通过在加热下机械搅拌使浆料蒸汽剥离以使薄片的边缘官能化，以及冷却、稀释和超声处理所得混合物以对其进行纯化。这产生了几层厚的纳米片，边缘处有羟基。这些边缘基团允许薄片以高达0.55g/ml的浓度分散在水中。虽然这代表了石墨烯结构分散性的改善，但仍然需要大量的溶剂。因此，申请人在pct/au2019/051076中适时地教导了具有更大分散性的石墨烯结构。
12、热流体(thermal fluid)是通过充当中间媒介物来促进热传导的气体或液体，其在工艺一侧进行冷却、传输和存储热能以及在工艺另一侧进行加热。热流体用于无数需要加热或冷却的应用和工业过程中，通常在闭路和连续循环中。例如，冷却水会冷却发动机，而液压加热系统中的加热水则会加热房间内的散热器。水是最常见的热流体，因为它的经济性、高热容量和良好的传输性质。然而，由于其在低于0℃冰冻并在高温下沸腾(取决于系统压力)，其可用的温度范围受到限制。防冻添加剂可以在一定程度上缓解冰冻问题。然而，许多其他热流体已被开发并用于各种各样的应用中。
13、对于较高的温度，油或合成碳氢化合物或硅酮基流体提供较低的蒸气压力。熔融盐和熔融金属可用于在有机流体开始分解的300至400℃以上的温度下传递和储存热量。在液体不适合的情况下，诸如水蒸气、氮气、氩气、氦气和氢气的气体已经被用作热流体。对于气体，通常需要升高压力，以便以低泵送功率实现更高的流速。
14、服务器集群代表了现代热流体所面临的挑战。服务器集群是通常由一个组织维护的计算机服务器的集合，以提供远远超出单台机器能力的服务器功能。服务器集群通常由数以千计的计算机组成，这些计算机需要大量的电力来运行并产生大量的热量，这也需要大量的来保持服务器集群的冷却以保持效率。服务器工具集(server farmer)通常将计算机、路由器、电源和相关电子设备安装在服务器机房或数据中心的19英寸机架上。由于空间有限，因此服务器机架应尽可能靠近。然而，这会导致严重的空气流动、加热和冷却问题。
15、在服务器的性能不断提高的同时，尽管在集成电路的低功耗设计方面做出了努力，但服务器的功耗也在上升。例如，最广泛使用的服务器处理器之一的运行功率高达95瓦。另一个服务器处理器的运行功率为110到165瓦。然而，处理器只是服务器的一部分；服务器中的其他部件(如存储设备)会消耗额外的功率，并且所有部件都会导致整体发热。
16、数据中心机房应保持在可接受的温度和湿度下，以便服务器可靠运行，特别是对于无风扇服务器。密集堆叠有由现代处理器驱动的服务器的机架的功耗可能为7000到15,000瓦。因此，服务器机架可能会产生非常集中的热负荷。机架中的服务器散发的热量被排放到数据中心机房。密集机架共同产生的热量可能会对机架中设备的性能和可靠性产生不利影响，因为它们依赖周围的空气进行冷却。因此，供暖、通风、空调(hvac)系统通常是高效数据中心设计的重要组成部分。
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1.一种用作热流体的组合物，所述组合物包含：
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述可分散石墨烯片的量为所述组合物的约0.1重量％至约6重量％。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述分散介质还包含一种或多种助溶剂，所述助溶剂选自二醇、醇、表面活性剂、染料、消泡剂、酸和碱等。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述分散介质包含重量比为约50:50至80:20的水和所述一种或多种助溶剂。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述片能够在高达700mg/mL的浓度下在水中形成稳定的分散体。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述片的电导率为约900S/cm。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中通过向官能化边缘或表面的至少一者添加选自Fe、Cu、Co和Sn的金属离子来使所述片进一步官能化。
8.一种用作热流体的组合物，所述组合物包含：
9.根据权利要求8所述的组合物，其中所述可分散石墨烯片的量为所述组合物的约0.1重量％至约6重量％。
10.根据权利要求8所述的组合物，
11.根据权利要求10所述的组合物，其中所述分散介质包含重量比为约50:50至80:20的水和所述一种或多种助溶剂。
12.根据权利要求8所述的组合物，其中所述片能够在高达700mg/mL的浓度下在水中形成稳定的分散体。
13.根据权利要求8所述的组合物，其中所述片的电导率为约900S/cm。
14.根据权利要求8所述的组合物，其中通过向官能化边缘或表面的至少一者添加金属离子来使所述片进一步官能化。
15.根据权利要求14所述的组合物，其中所述金属离子选自Fe、Cu、Co和Sn。
16.根据权利要求8所述的组合物，其中所述聚合物选自藻酸盐、壳聚糖、PVA、PEG、PU、PEI、PVDF、PDMS或PEDOT PSS。
17.一种生产用作热流体的组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
18.根据权利要求17所述的方法，其还包括将步骤b中获得的所得溶液在20000rpm下均质化长达2小时的步骤。
19.根据权利要求17所述的方法，其还包括将步骤b中获得的所得溶液超声处理的步骤。
20.根据权利要求17所述的方法，其还包括以下步骤：过滤步骤b中获得的所得溶液以产生过滤的固体，洗涤所述过滤的固体，真空干燥所述过滤的固体以产生干燥的粉末，以及冷冻干燥所述干燥的粉末。
21.根据权利要求20所述的方法，其中将所述干燥的粉末分散在水中并超声处理长达30分钟，并且使所得混合物沉降长达48小时以产生固体和上清液，并倾析和过滤所述上清液以产生石墨烯粉末。
22.根据权利要求21所述的方法，其中将所述干燥的粉末分散在水中并超声处理长达30分钟，并将所得混合物离心以产生固体和上清液。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述氧化剂是通过添加到含有悬浮石墨烯或石墨的所述溶液中的高碘酸钠与氯化钌的反应而提供的四氧化钌。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述石墨烯或石墨以具有增加的层间间距的膨胀石墨的形式来提供。
25.根据权利要求21所述的方法，其中随后将所述石墨烯粉末分散在含有选自Fe、Cu、Co和Sn的金属离子的溶液中，以将金属离子结合到所述片的表面或官能化边缘中的至少一者。
26.一种生产用作热流体的组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
27.根据权利要求26所述的方法，其还包括将步骤b中获得的所得溶液在20000rpm下均质化长达2小时的步骤。
28.根据权利要求26所述的方法，其还包括以下步骤：超声处理在步骤b中获得的所得溶液，洗涤所述过滤的固体，真空干燥所述过滤的固体以产生干燥的粉末，以及冷冻干燥所述干燥的粉末。
29.根据权利要求26所述的方法，其中将所述干燥的粉末分散在水中并超声处理长达30分钟，并且使所得混合物沉降长达48小时以产生固体和上清液，并倾析和过滤所述上清液以产生石墨烯粉末。
30.根据权利要求29所述的方法，其中将所述石墨烯粉末分散在水中并超声处理长达30分钟，并将所得混合物离心以产生固体和上清液。
31.根据权利要求26所述的方法，其中所述氧化剂是通过添加到含有悬浮石墨烯或石墨的所述溶液中的高碘酸钠与氯化钌的反应而提供的四氧化钌。
32.根据权利要求26所述的方法，其中所述石墨...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用作热流体的组合物，所述组合物包含：
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述可分散石墨烯片的量为所述组合物的约0.1重量％至约6重量％。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述分散介质还包含一种或多种助溶剂，所述助溶剂选自二醇、醇、表面活性剂、染料、消泡剂、酸和碱等。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述分散介质包含重量比为约50:50至80:20的水和所述一种或多种助溶剂。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述片能够在高达700mg/ml的浓度下在水中形成稳定的分散体。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述片的电导率为约900s/cm。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中通过向官能化边缘或表面的至少一者添加选自fe、cu、co和sn的金属离子来使所述片进一步官能化。
8.一种用作热流体的组合物，所述组合物包含：
9.根据权利要求8所述的组合物，其中所述可分散石墨烯片的量为所述组合物的约0.1重量％至约6重量％。
10.根据权利要求8所述的组合物，其中所述分散介质还包含一种或多种助溶剂，所述助溶剂选自二醇、醇、表面活性剂、染料、消泡剂、酸和碱等。
11.根据权利要求10所述的组合物，其中所述分散介质包含重量比为约50:50至80:20的水和所述一种或多种助溶剂。
12.根据权利要求8所述的组合物，其中所述片能够在高达700mg/ml的浓度下在水中形成稳定的分散体。
13.根据权利要求8所述的组合物，其中所述片的电导率为约900s/cm。
14.根据权利要求8所述的组合物，其中通过向官能化边缘或表面的至少一者添加金属离子来使所述片进一步官能化。
15.根据权利要求14所述的组合物，其中所述金属离子选自fe、cu、co和sn。
16.根据权利要求8所述的组合物，其中所述聚合物选自藻酸盐、壳聚糖、pva、peg、pu、pei、pvdf、pdms或pedot pss。
17.一种生产用作热流体的组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
18.根据权利要求17所述的方法，其还包括将步骤b中获得的所得溶液在20000rpm下均质化长达2小时的步骤。
19.根据权利要求17所述的方法，其还包括将步骤b中获得的所得溶液超声处理的步骤。
20.根据权利要求17所述的方法，其还包括以下步骤：过滤步骤b中获得的所得溶液以产生过滤的固体，洗...
【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里·迈克尔·赖德，
申请(专利权)人：斯科纳电池技术私人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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