[發明專利]石墨烯量產化設備及其制造方法

有效

• 申請號: 201510955588.0
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN106904602B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 姚培智
• 申請（專利權）人: 烯美科技（深圳）有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

本發明提供一種石墨烯量產化設備及其制造方法，其制造方法包括：(1)設置一第一電極及一第二電極于一電解槽的電解液中，該第一電極為一正極，第二電極為一負極，且該第一電極是設在一具有篩網的滾筒內，該滾筒內置入有復數石墨碎片；(2)施加一第一偏壓下，并使該滾筒于該第一偏壓下進行滾動，使該石墨碎片進行離子嵌入步驟；(3)于滾筒滾動中續施加一第二偏壓，進行該石墨碎片的拆層剝離步驟；(4)該石墨碎片經拆層剝離步驟后形成至少一層復數石墨烯碎片；(5)該復數石墨烯碎片通過該滾筒的篩網沉積該電解槽的底部；據此，能解決現有石墨烯電化學剝離法制造的缺點，使具有量產化的可實施性，并便利石墨烯的收集、取用，進而達到石墨烯制造生產的極佳經濟效益。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯的量產化技術，尤其涉及一種利用電化學方式而能大量生產石墨烯及便于石墨烯制成品搜集取得的石墨烯量產化設備及其制造方法。

背景技術

石墨是由多層石墨烯構成的結晶構造，而石墨烯(graphene)是一種單層的石墨結構，每個碳原子的間以sp²結晶結構與相鄰的三個碳原子形成鍵結，并延伸成蜂窩狀六角形的二維結構，目前石墨烯已被廣為應用于半導體、觸控面板或太陽能電池等領域中，且更預期廣泛應用于光電、綠能發電、環境生醫感測、復合性功能材料等諸多產業領域的發展。

現有石墨烯的制造方法包含有：機械剝離法(mechanical exfoliation)、磊晶成長法(Epitaxial growth)、化學氣相沈積法(chemical vapor deposition,CVD)、化學剝離法(chemical exfoliation)及電化學剝離法(electrochemical exfoliation)等方法。如圖1所示，最上方為由三個單層石墨烯以微弱范德華力結合成的石墨結構示意圖，中間圖標為以電化學電解法以石墨棒電極制作石墨烯圖示，是現有一種制造石墨烯的電化學剝離法，其設備包括有一電解槽90，該電解槽90內置有電解液901及一正電極91、負電極92，其中，該正電極91是一石墨材料，而該負電極92是一金屬或石墨材料，其制程中是利用一第一偏壓來進行正電極石墨材料的嵌入(intercalation)步驟，使電解液901中的陰離子通過電壓差而嵌插到正電極(棒體石墨材料)相鄰的兩層石墨層之間及或其晶粒邊界(grainboundary)上，繼利用一第二偏壓來進行此石墨材料的拆層剝離(exfoliation)步驟，而剝離后所產生的石墨烯93將沉積在該電解槽90的底部，即完成實驗室石墨烯的產生制造。由于石墨烯93是一種單原子層體，其放大示意圖如圖示下方的石墨烯93A，該石墨烯93A可設在一基材95上，用以改變該基材95的作用性質，如導電性、導熱性、穿透率或結構強度等。

前述該現有石墨烯電化學剝離法的設備及制造方式，其雖可制造生產石墨烯，但仍有其缺點存在，例如：該現有石墨烯電化學剝離法的設備及制造方式，其是在無適當輔助外力作用下的靜態方式進行，在生產過程中也因電極形狀非同軸對稱設計而將導致電極間電場分布、電解液濃度與溫度分布等不均勻的現象，不利石墨烯的有效持續制造生產，顯非理想量產的制造方法。

為此，本發明人有鑒于現有石墨烯電化學剝離法的設備及制造方式其量產使用上的缺點及其整體設計未盡理想的事實，即著手研發構思其解決方案，希望能開發出一種能具量產性、收集取用便利性及經濟效益性的石墨烯量產化設備及其制造方法，以促進此業的發展，遂經多時的構思而有本發明的產生。

發明內容

本發明的目的是在提供一種石墨烯量產化設備及其制造方法，其能解決現有石墨烯電化學剝離法制造的缺點，使具有量產化的可實施性，并便利石墨烯的收集、取用，進而達到石墨烯制造生產的極佳經濟效益。

本發明的再一目的是在提供一種石墨烯量產化設備及其制造方法，其能利用滾筒滾動的循環助力及同軸對稱電極的設計使施加于被嵌入與拆層的對象的電場分布均勻，促使石墨的嵌入與剝離步驟更具效率性、均勻性，且使電解液不會產生不均的溫度梯度，而更利于電化學剝離法的制造生產石墨烯。