無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)gic的制造方法、薄片化石墨分散液的制造方法、薄片化石墨分散液及薄片化石墨的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種源自石墨且規(guī)則性少、具有無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)的GIC(石墨層間化合物， graphite intercalation compound)的制造方法。另外，本發(fā)明涉及一種使用了具有上述 無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)的GIC的薄片化石墨分散液的制造方法、薄片化石墨分散液及薄片化石墨。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，石墨烯疊層數(shù)少的薄片化石墨備受關(guān)注。作為薄片化石墨的制造方法，已 知使用GIC的制造方法。在該方法中，在石墨的石墨烯層間插入堿金屬。然后，通過(guò)超聲波 處理或加熱處理等剝離石墨。
[0003] 在下述的非專利文獻(xiàn)1中描述了將作為堿金屬的K等插入石墨烯層間而成的堿金 屬-Gic的反應(yīng)性。在非專利文獻(xiàn)1中記載了在使石墨與堿金屬蒸氣接觸而得到堿金屬-GIC 之后使其與空氣接觸時(shí)，堿金屬-GIC的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。即，除了顯示出KC8所示的階段 1的結(jié)構(gòu)的峰以外，還顯示出在XRD圖譜上出現(xiàn)KC24所示的階段2的峰及階段3的峰。
[0004] 另一方面，在下述的專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了一種使石墨烯類碳材料的加工變得容易 的石墨烯溶液的制造方法。在該石墨烯溶液的制造方法中，首先，利用K等堿金屬還原石 墨，且將該堿金屬插入于石墨烯層間。接著，使GIC與極性非質(zhì)子溶劑接觸。由此，得到在 極性非質(zhì)子溶劑中溶解有GIC的石墨烯溶液。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2010-535690號(hào)公報(bào)
[0008] 非專利文獻(xiàn)
[0009] 非專利文獻(xiàn)1:阿久澤升《堿金屬石墨層間化合物的互換性》（碳、 2011[N0248]96-101)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0011] 在非專利文獻(xiàn)1中記載：插入K并使KC8即階段1的堿金屬-GIC進(jìn)一步與空氣接 觸，由此會(huì)出現(xiàn)階段2及階段3的結(jié)構(gòu)。然而，在XRD圖譜中不僅出現(xiàn)階段1的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的 峰，而且出現(xiàn)階段2及階段3的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的峰，然而，沒(méi)有消除規(guī)則性。因此，即使對(duì)這樣的 堿金屬-GIC進(jìn)行剝離處理，也無(wú)法得到疊層數(shù)少的薄片化石墨。
[0012] 另外，在非專利文獻(xiàn)1中，雖然堿金屬-GIC溶解于THF等極性非質(zhì)子性溶劑，但僅 僅是這樣的話，難以充分地剝離石墨而得到疊層數(shù)少的薄片化石墨。
[0013] 本發(fā)明的目的在于，提供一種無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法，其可通過(guò)剝離處理得到 石墨烯疊層狀態(tài)的規(guī)則性少、疊層數(shù)也少的薄片化石墨。本發(fā)明的其它目的在于，提供一種 使用了上述無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的薄片化石墨分散液的制造方法、薄片化石墨分散液及薄片化石 墨。
[0014] 用于解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案
[0015] 本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法包括：準(zhǔn)備堿金屬-GIC的工序，所述堿金 屬-GIC是在石墨烯層間插入了堿金屬而得到的；以及在非氧化性氣氛下使極性質(zhì)子性溶 劑與所述堿金屬-GIC接觸的工序。另外，如后所述，在本說(shuō)明書中，"無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)"具有源自石 墨的石墨烯疊層狀態(tài)的規(guī)則性被降低了的結(jié)構(gòu)。
[0016] 在本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法的某特定方面中，所述非氧化性氣氛下為不 活潑氣體氣氛下。此時(shí)，能夠可靠地隔斷氧而使極性質(zhì)子性溶劑與堿金屬-GIC接觸。
[0017] 在本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法的其它特定方面中，在所述非氧化性氣氛下 使所述極性質(zhì)子性溶劑與所述堿金屬-GIC接觸的工序之后，還包括將所述堿金屬-GIC暴 露在含氧氣氛下的工序。
[0018] 在本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法的其它特定方面中，所述含氧氣氛為空氣 中。此時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)制造方法的操作簡(jiǎn)化及成本的降低。
[0019] 另外，在本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法的其它特定方面中，極性質(zhì)子性溶劑 為水或醇，更優(yōu)選為水。此時(shí)，可實(shí)現(xiàn)成本降低。
[0020] 在本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法中，優(yōu)選使用選自K、Li、Rb及Cs中的至少一 種堿金屬作為所述堿金屬。
[0021] 在本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法的又一特定方面中，所述準(zhǔn)備堿金屬-GIC的 工序通過(guò)使堿金屬蒸氣與石墨在真空下接觸來(lái)進(jìn)行。此時(shí)，可容易地得到堿金屬-GIC。
[0022] 本發(fā)明的薄片化石墨分散液的制造方法包括以下工序：
[0023] 通過(guò)本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法得到無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的工序、在非極性溶劑 或者極性溶劑中添加所述無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的工序、以及在所述非極性溶劑或者極性溶劑中添 加所述無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC之后，在添加有所述無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的非極性溶劑或者極性溶劑中對(duì)所 述無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC進(jìn)行剝離處理的工序。
[0024] 在本發(fā)明的薄片化石墨分散液的制造方法中，優(yōu)選使用水或者低級(jí)醇作為所述極 性溶劑。或者，優(yōu)選使用含有表面活性劑的溶劑作為所述極性溶劑。
[0025] 作為上述表面活性劑，優(yōu)選使用月桂基硫酸鈉作為所述表面活性劑。
[0026] 在本發(fā)明的薄片化石墨分散液的制造方法的其它特定方面中，所述含有月桂硫酸 鈉的溶劑的濃度在〇. 1重量％以上且10重量％以下的范圍。
[0027] 本發(fā)明的薄片化石墨分散液通過(guò)本發(fā)明的薄片化石墨分散液的制造方法得到。
[0028] 本發(fā)明的薄片化石墨通過(guò)從本發(fā)明的薄片化石墨分散液中除去溶劑而得到。
[0029] 優(yōu)選本發(fā)明的薄片化石墨具有長(zhǎng)度方向且具有帶狀的形狀。另外，在本發(fā)明的薄 片化石墨的其它特定方面中，所述具有長(zhǎng)度方向的多個(gè)所述帶狀的薄片化石墨集合成網(wǎng)絡(luò) 狀，并且該帶狀薄片化石墨的主面彼此重疊。
[0030] 在本發(fā)明的薄片化石墨的又一特定方面中，薄片化石墨包含具有六邊形形狀且對(duì) 置的邊彼此的間隔為10 μm以上的薄片化石墨。
[0031] 發(fā)明效果
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的制造方法，由于在非氧化性氣氛下使極性質(zhì)子性溶 劑與堿金屬-GIC接觸，因此，可以提供一種石墨烯的疊層狀態(tài)規(guī)則性基本被消除的無(wú)規(guī)結(jié) 構(gòu)的GIC。因此，通過(guò)實(shí)施超聲波處理或剪切處理等眾所周知的剝離處理，可將石墨烯間充 分地剝離而容易地得到疊層數(shù)少的薄片化石墨或石墨烯。
[0033] 另外，在如上所述得到的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)的堿金屬-GIC中，由于未經(jīng)過(guò)石墨烯被氧化的 過(guò)程，因此，可通過(guò)剝離處理得到導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的薄片化石墨等類石墨烯碳材料。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的薄片化石墨分散液的制造方法，通過(guò)對(duì)所述無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC實(shí)施剝離 處理，可容易地得到疊層數(shù)少的薄片化石墨。特別是由于以在所述非極性溶劑或者極性溶 劑中添加了無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC的狀態(tài)下進(jìn)行剝離處理，因此，也可提供一種具有長(zhǎng)度方向的帶 狀薄片化石墨或以該帶狀薄片化石墨的主面彼此重疊的方式集合而成的網(wǎng)絡(luò)狀薄片化石 墨。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為表示實(shí)施例1中將膨脹石墨暴露于鉀的蒸氣而得到的金色粉末的XRD圖譜 的圖。
[0036] 圖2為表示在實(shí)施例1中氣密池開(kāi)放前、氣密池剛開(kāi)放后及氣密池開(kāi)放22小時(shí)后 的分散體的XRD圖譜的圖。
[0037] 圖3為表示從將實(shí)施例1中得到的無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)GIC分散在乙醇中而得到的分散液中 使乙醇蒸發(fā)后得到的粉末的XRD圖譜的圖。
[0038] 圖4為從通過(guò)現(xiàn)有的赫默斯法得到的氧化石墨烯的分散液中使水蒸發(fā)而得到的 氧化石墨烯膜的XRD的圖。
[0039] 圖5為表示實(shí)施例2中將天然石墨暴露于鉀的蒸氣而得到的金色粉末的XRD圖譜 的圖。
[0040] 圖6為表示在實(shí)施例2中氣密池開(kāi)放前、氣密池剛開(kāi)放后及氣密池開(kāi)放20小時(shí)后 的分散體的XRD圖譜的圖。
[0041] 圖7為具有堿金屬為K時(shí)的階段1的結(jié)構(gòu)即KC8的結(jié)構(gòu)的堿金屬-GIC的示意圖。
[0042] 圖8為具有堿金屬為K時(shí)的階段2的結(jié)構(gòu)即KC24的結(jié)構(gòu)的堿金屬-GIC的示意圖。