制備石墨烯納米片的方法、石墨烯納米片、石墨烯納米片漿料和包括石墨烯納米片的導(dǎo)電層的制作方法
【專利說(shuō)明】制備石墨烯納米片的方法、石墨烯納米片、石墨烯納米片漿 料和包括石墨烯納米片的導(dǎo)電層
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年10月22日向韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提出的韓國(guó)專利申請(qǐng)第 10-2013-0125887號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容引入本文以供參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)涉及制備石墨烯納米片（nanoplate)的方法、根據(jù)該方法制得的石墨烯納 米片、以及石墨烯納米片漿料和包含石墨烯納米片漿料的導(dǎo)電層。
【背景技術(shù)】
[0004] 由石墨制備的石墨稀可根據(jù)石墨的厚度分為兩類。也就是，具有少于約10層石墨 烯層的還原的氧化石墨烯（RGO)和具有數(shù)nm到約IOOnm厚度的石墨烯納米片（GNP)。RGO 可通過(guò)對(duì)石墨進(jìn)行氧化處理而制得的氧化石墨烯（或氧化石墨，G0)的化學(xué)或熱還原而制 備，石墨烯納米片可通過(guò)物理化學(xué)剝離石墨制得。特別地，使用包含在石墨層間包括化學(xué)物 質(zhì)的插層碳化合物（ICC)制備石墨烯納米片，并且，當(dāng)ICC被微波處理或熱處理時(shí)，插入石 墨層間的化學(xué)物質(zhì)作為氣相排出而使石墨層間的空間膨脹，從而產(chǎn)生膨脹石墨（EG)，并且 石墨烯納米片可通過(guò)破碎（剝離、研磨、或者剝離和研磨）膨脹石墨而制備。
[0005] 制備石墨烯納米片的傳統(tǒng)方法可分為液體超聲研磨法、使用流變剪應(yīng)力的研磨 法、固相-固相或液體機(jī)械研磨法（例如球磨、研磨及類似方法）、以及類似的基于破碎膨脹 石墨的方法。另外，石墨烯納米片可用同樣的方法制備但卻基于工藝條件，也就是微波處理 條件（例如強(qiáng)度/氣氛/處理時(shí)間/處理環(huán)境及類似條件）、熱處理?xiàng)l件（例如溫度/氣 氛：真空爐、加熱速度、處理時(shí)間/處理方法及類似條件）以及類似條件，而具有不同的性 質(zhì)。
[0006] 在液相超聲研磨法中，當(dāng)由超聲產(chǎn)生的微腔重復(fù)地收縮和膨脹然后爆炸時(shí)，膨脹 石墨受到由此產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊而破碎，制得石墨烯納米片。這一方法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下制備 石墨烯納米片具有優(yōu)勢(shì)，并且通過(guò)添加分散劑制得相當(dāng)?shù)蜐舛鹊氖┘{米片分散液。然 而，該方法在液體中實(shí)施并對(duì)溶劑有限制，因此在所需溶劑中基于研磨和分散條件而調(diào)整， 此外，需要再次將溶劑蒸發(fā)以從溶液中得到粉末。
[0007] 使用流變剪應(yīng)力的研磨法是一種利用高壓（例如，數(shù)千巴）使液體承載的膨脹石 墨進(jìn)入一個(gè)小空間內(nèi)以研磨膨脹石墨的方法，并且其與液相超聲研磨法具有相似的優(yōu)點(diǎn)和 缺點(diǎn)。固相-固相或液相機(jī)械研磨法通過(guò)將膨脹石墨與小球混合（其中，可能需要部分加入 溶劑）并球磨膨脹石墨來(lái)實(shí)施，并且，膨脹石墨通過(guò)小球碰撞時(shí)在界面產(chǎn)生的能量而磨碎。 然而，得到的石墨烯納米片互相接觸并粘在一起。因此，在本發(fā)明中，使用ICC原材料制備 膨脹石墨可得到純凈的石墨烯納米片，并且是彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的問(wèn)題的新方法。
[0008]另外，在本發(fā)明中，石墨烯納米片的工業(yè)應(yīng)用（例如，復(fù)合漿料）可以通過(guò)使石墨 烯納米片與不同種類材料結(jié)合而擴(kuò)展。不同種類材料之間的結(jié)合是重要的，而且可以通過(guò) 材料之間的協(xié)同效應(yīng)超越傳統(tǒng)材料的限制而改進(jìn)性質(zhì)。不同種類的混合物可被用在高強(qiáng)度 復(fù)合材料以及燃料電池中。作為代表性的技術(shù)，石墨烯納米線（例如，半導(dǎo)體）混雜結(jié)構(gòu)， 其中光能在石墨烯導(dǎo)電部分被吸收并能產(chǎn)生電子空穴；制備包括石墨烯片/碳納米管/聚 合物納米顆粒的混雜復(fù)合物的方法；制備鋰充電電池的正極材料石墨烯的方法，即通過(guò)添 加Fe前體和磷酸鹽（PO4)前體得到的混雜材料；通過(guò)在空氣中煅燒石墨烯和金屬氧化物顆 粒以制備具有改進(jìn)的充電放電比的石墨烯復(fù)合燒結(jié)體的方法；通過(guò)在高溫高壓下混合納米 TiO2粉末和石墨烯并使其反應(yīng)以制備石墨烯-二氧化鈦（TiO2)混雜材料的方法；以及類似 方法。本發(fā)明涉及用新方法制備質(zhì)量好的石墨烯納米片的方法及其應(yīng)用（例如，漿料和導(dǎo) 電層）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的一個(gè)典型的實(shí)施方式提供一種制備石墨烯納米片的方法，其可包括通 過(guò)氣相高速碰撞來(lái)剝離、研磨、或剝離并研磨膨脹石墨。本發(fā)明的另一個(gè)典型的實(shí)施方式提 供通過(guò)該制備方法制得的石墨烯納米片。本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式提供石墨烯納米片漿料 和包含石墨烯納米片的導(dǎo)電涂層。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)典型的實(shí)施方式，制備石墨烯納米片（GNP)的方法可包括制備 膨脹石墨（EG);以及通過(guò)氣相高速碰撞（例如，通過(guò)氣相碰撞引起EG的破裂）來(lái)剝離、研 磨、或者剝離并研磨膨脹石墨。
[0011] 通過(guò)氣相高速碰撞而剝離、研磨、或剝離并研磨膨脹石墨的工藝可通過(guò)在約 0.5XIO2至約IOX102m/s的氣相速度下引起膨脹石墨碰撞而實(shí)施?？赏ㄟ^(guò)引發(fā)湍流的 方法、超聲膨脹的方法或二者的結(jié)合而實(shí)施利用氣相高速碰撞而剝離、研磨、或剝離并研磨 膨脹石墨的工藝。引發(fā)湍流的方法可包括制備膨脹石墨；將膨脹石墨轉(zhuǎn)移到裝配有簡(jiǎn)易進(jìn) 口且在較低的部分有旋轉(zhuǎn)器的腔室中；并且使旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)以在腔室內(nèi)引發(fā)湍流，并且利用 所引發(fā)的湍流剝離、研磨、或剝離并研磨膨脹石墨。超聲膨脹的方法可包括制備膨脹石墨； 將載氣和膨脹石墨注入裝配有高壓腔和低壓腔的裝置中；并通過(guò)將膨脹石墨從高壓腔噴射 入低壓腔，剝離、研磨或剝離并研磨膨脹石墨。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)典型的實(shí)施方式，提供通過(guò)該制備方法制備的石墨烯納米 片。該石墨烯納米片可具有約5nm到約IOOnm的厚度。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)典型的實(shí)施方式，提供包含GNP的GNP漿料和包含GNP漿料 的導(dǎo)電涂層。提出了通過(guò)氣相高速碰撞膨脹石墨制備石墨烯納米片的方法、根據(jù)該方法制 備的石墨稀納米片、以及石墨稀納米片菜料和包含膨脹石墨的導(dǎo)電涂層。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，在裝配有簡(jiǎn)易進(jìn)口和旋轉(zhuǎn)器的 腔室內(nèi)通過(guò)使旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)引發(fā)湍流而制備石墨烯納米片的示例；
[0015] 圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式由石墨制備石墨烯納米片的示 例性工藝；
[0016] 圖3至5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式由石墨烯納米片制備石墨 烯納米片漿料的示例性工藝；
[0017] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式通過(guò)微波處理ICC制得的膨脹石墨的示例性 光學(xué)顯微鏡照片；
[0018] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的石墨烯納米片的示例性FE-SEM照 片；
[0019] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的銀納米線和銀納米顆粒的示例性FE-SEM 照片；
[0020] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的使用石墨烯漿料的導(dǎo)電涂層的示例 性FE-SEM照片；
[0021] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的使用石墨烯復(fù)合漿料的導(dǎo)電涂層的 示例性FE-SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本文使用的術(shù)語(yǔ)只是用于說(shuō)明特定的實(shí)施方式，并不意圖限制本發(fā)明。本文使用 的單數(shù)形式"一個(gè)"、"一種"和"該"意圖還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確地另有說(shuō)明。另 外要明白當(dāng)用在本說(shuō)明書(shū)中時(shí)，術(shù)語(yǔ)"包括"和/或"包含"特指陳述的特征、整數(shù)、步驟、 操作、元件和/或組件的存在，但并不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操 作、元件、組件和/或它們的組合。本文使用的術(shù)語(yǔ)"和/或"包括相關(guān)的列舉項(xiàng)目中的一 個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目的任何一個(gè)和所有組合。
[0023] 除非明確地記載或者根據(jù)上下文顯而易見(jiàn)，否則本文使用的術(shù)語(yǔ)"約"應(yīng)被理解成 在本領(lǐng)域的正常容限之內(nèi)，例如，在均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差之內(nèi)。"約"可被理解成在記載值的 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0. 5%、0. 1%、0. 05%或 0? 01%之內(nèi)。除非 根據(jù)上下文清楚，否則本文提供的所有數(shù)值都由術(shù)語(yǔ)"約"修飾。
[0024] 在下文中，詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。但是，這些實(shí)施方式是示