[發明專利]制備石墨碳薄片的方法

在審

• 申請號: 201580083131.3
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN108028178A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 王德巖;王秀艷;馮少光;李巧偉;龐青青;P·特雷弗納斯三世;陳紅宇
• 申請（專利權）人: 羅門哈斯電子材料有限責任公司;陶氏環球技術有限責任公司
• 主分類號: H01L21/033
• 分類號: H01L21/033
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 徐舒

提供一種制備石墨碳薄片的方法，包含提供襯底；提供涂料組合物，所述涂料組合物包含：液體載體和具有式(I)的MX/石墨碳前體材料；將所述涂料組合物置于所述襯底上以形成復合材料；任選地，烘烤所述復合材料；在成形氣體氣氛下對所述復合材料進行退火；由此將所述復合材料轉化為設置在提供多層結構的所述襯底上的MX層和石墨碳層；其中在所述多層結構中，所述MX層插入于所述襯底與所述石墨碳層之間；將所述多層結構暴露于酸；并且回收所述石墨碳層作為所述獨立式石墨碳薄片。

本發明涉及使用包含溶液型MX/石墨碳前體材料的涂料組合物制備石墨碳薄片的方法。更具體地說，本發明涉及通過將包含溶液型MX/石墨碳前體材料的涂料組合物涂覆到襯底上以形成復合材料來制備石墨碳薄片的方法，其中所述復合材料隨后轉化成具有設置在所述襯底表面上的MX層(例如金屬氧化物層)和石墨碳層的多層結構，其中所述MX層插入于所述襯底與所述石墨碳層之間；將多層結構暴露于酸；并且回收石墨碳層作為石墨碳薄片。

自從在2004年使用膠帶從石墨成功分離石墨烯，已觀察到石墨烯展現一些非常有前途的性能。例如，IBM的研究人員觀察到石墨烯有助于構建具有155GHz的最大截止頻率的晶體管，遠遠超過了與常規硅基晶體管相關的40GHz最大截止頻率。

石墨烯材料可以表現出廣泛特性。單層石墨烯結構具有比銅更高的導熱性和導電性。雙層石墨烯展現帶隙，使其表現得像半導體。已經證明氧化石墨烯材料根據氧化程度表現出可調帶隙。也就是說，完全氧化的石墨烯將是絕緣體，而部分氧化的石墨烯將根據其碳/氧(C/O)的比例而表現得像半導體或導體。

已經觀察到使用氧化石墨烯片的電容器的電容比純石墨烯對應物高幾倍。這個結果是因為官能化的氧化石墨烯片所展現的增加的電子密度。鑒于石墨烯薄片的超薄性質，使用石墨烯作為層的平行薄片電容器可以提供極高的電容-體積比裝置，即超級電容器。然而，迄今為止，傳統超級電容器所展示的存儲容量嚴重限制了其用于需要功率密度和高生命周期的商業應用中。盡管如此，電容器相較于電池有許多顯著的優點，包括保質期。因此，具有增加的能量密度并且不降低功率密度或循環壽命的電容器相較于電池在各種應用中將具有許多優點。因此，具有高循環壽命的高能量密度/高功率密度電容器將是理想的。

Coleman公開了一種生產石墨烯的方法。具體而言，在美國專利申請公開第20120114551號中，Coleman公開了一種制造石墨烯的方法，包括以下步驟：將金屬醇鹽在溶劑中的溶液引入分解設備中，其中分解設備包括具有足以使金屬醇鹽熱分解以生成石墨烯的高溫的第一區。

盡管如此，仍然需要制備用于各種應用(包括用于鋰離子電池中的電極結構、用于顯示器以及超級電容器中)的獨立式石墨碳薄片的方法。

本發明提供一種制備獨立式石墨碳薄片的方法，包含：提供襯底；提供涂料組合物，所述涂料組合物包含：液體載體和具有式(I)的MX/石墨碳前體材料，