[發(fā)明專利]用于石墨烯生產(chǎn)的微波系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780091060.0
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN110662600B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林怡君;阿茹娜·扎姆;張博增
• 申請（專利權(quán)）人: 納米技術(shù)儀器公司
• 主分類號: B01J19/08
• 分類號: B01J19/08;B01J19/12;B29C44/08;B29C44/28;C01B32/184
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 牟靜芳;鄭霞

提供了一種由可微波膨脹的未膨化石墨或石墨碳生產(chǎn)石墨烯的方法，所述方法包括：(a)將所述可微波膨脹的材料的粉末進料到非金屬固體基底上，其中所述粉末呈具有第一帶寬度和第一帶厚度的帶形狀；(b)將所述帶形狀粉末移動到微波施加器室中，所述微波施加器室包括具有微波施加寬度(不小于所述第一帶寬度)和微波穿透深度(不小于所述第一帶厚度)的微波功率區(qū)，使得整個帶形狀粉末接收并吸收具有足夠功率水平的微波功率持續(xù)足夠長的時間，以膨化和分離所述粉末以生產(chǎn)石墨烯片；以及(c)將所述石墨烯片移出所述微波室，冷卻所述石墨烯片，并將所述石墨烯片收集到收集容器中或用于后續(xù)使用。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2017年4月19日提交的美國專利申請?zhí)?5/491,714的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請通過援引方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及由插層石墨、插層石墨碳、氧化石墨、氧化石墨碳和氟化石墨生產(chǎn)石墨烯材料的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

單層石墨烯片由占據(jù)二維六方晶格的碳原子構(gòu)成。多層石墨烯是由多于一個六邊形碳原子平面構(gòu)成的片晶。少層石墨烯片或片晶是指具有2-10 個六邊形碳原子平面的石墨烯材料。單獨的單層石墨烯片和多層石墨烯片晶在本文中統(tǒng)稱為納米石墨烯片晶(NGP)或石墨烯材料。NGP包括原始石墨烯(基本上99％的碳原子)、微氧化石墨烯(5重量％的氧)、氧化石墨烯(≥5重量％的氧)、微氟化石墨烯(5重量％的氟)、氟化石墨烯(≥5 重量％的氟)、其他的鹵化石墨烯、氫化石墨烯以及化學(xué)官能化石墨烯。

已發(fā)現(xiàn)石墨烯具有一系列不尋常的物理、化學(xué)和機械特性。例如，發(fā)現(xiàn)石墨烯表現(xiàn)出所有現(xiàn)有材料的最高固有強度和最高導(dǎo)熱率。盡管未預(yù)想石墨烯的實際電子設(shè)備應(yīng)用(例如，代替Si作為晶體管中的主干)在未來 5-10年內(nèi)發(fā)生，但其作為復(fù)合材料中的納米填料以及儲能設(shè)備中的電極材料的應(yīng)用即將到來。大量可加工的石墨烯片的可用性對于成功開發(fā)石墨烯的復(fù)合材料、能量和其他應(yīng)用是至關(guān)重要的。

我們的研究小組在全球范圍內(nèi)最先發(fā)現(xiàn)石墨烯[B.Z.Jang和W.C. Huang，“Nano-scaled Graphene Plates[納米級石墨烯板]”，2002年10月 21提交的美國專利申請?zhí)?0/274,473；現(xiàn)為美國專利號7,071,258 (07/04/2006)]。最近，我們綜述了用于生產(chǎn)NGP和NGP納米復(fù)合材料的方法[Bor Z.Jang和A Zhamu，“Processing of Nano Graphene Platelets(NGPs)and NGP Nanocomposites:A Review[納米石墨烯片晶(NGP)和NGP 納米復(fù)合材料的加工：綜述]”，J.Materials Sci.[材料科學(xué)雜志]，43(2008) 5092-5101]。已遵循四種主要的現(xiàn)有技術(shù)方法來生產(chǎn)NGP。如下簡要概述它們的優(yōu)點和缺點：

方法1：氧化石墨(GO)片晶的化學(xué)形成和還原

第一種方法(圖1)需要用插層劑和氧化劑(例如，分別為濃硫酸和硝酸)處理天然石墨粉以獲得石墨插層化合物(GIC)或?qū)嶋H上氧化石墨 (GO)。在插層或氧化之前，石墨具有大約0.335nm的石墨烯平面間間距 (L_d＝¹/₂ d₀₀₂＝0.335nm)。在插層和氧化處理的情況下，石墨烯間間距增加到典型地大于0.6nm的值。這是石墨材料在該化學(xué)路線過程中經(jīng)歷的第一膨脹階段。然后使用熱沖擊暴露法或基于溶液的超聲處理輔助的石墨烯層膨化法使所得GIC或GO經(jīng)受進一步膨脹(常常被稱為膨化)。