[發明專利]使用超臨界流體將石墨材料剝離并分散入聚合物基質中的方法

在審

• 申請號: 201880043899.1
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN110869422A
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: S·M·哈米迪內賈德;C·B·帕克;S·納扎波爾
• 申請（專利權）人: 納米探索股份有限公司
• 主分類號: C08J3/22
• 分類號: C08J3/22;C08K3/04;C08L101/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 汪宇偉

本文所述的實施方案通常涉及制造分散在聚合物基質中的石墨材料的母料的系統和方法。在一些實施方案中，一種制造母料的方法可以包括將石墨材料與聚合物合并，將超臨界流體加入該混合物，和將該超臨界流體降壓以除去該超臨界流體。在一些實施方案中，該方法包括將石墨材料和聚合物混合第一時間段以形成第一混合物，和將超臨界流體轉移至該第一混合物以形成第二混合物。在一些實施方案中，該方法包括將該第二混合物混合第二時間段，和將該第二混合物降壓以使該超臨界流體轉變成氣相。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年5月31日提交的，標題為“使用超臨界流體(SCF)將高濃度石墨烯納米小片(GNP)剝離和分散入聚合物基質中的方法”的美國臨時專利申請系列號62/512790的優先權和權益，其公開內容以其全部通過引用結合至本文。

背景

石墨烯是碳原子的單個1原子層，具有幾個優異的電、機械、光學和電化學性能，這使得它贏得了“神奇材料”的昵稱。僅僅舉幾個實例，它是高度透明的、極其輕的和撓性的，還是結實的(高機械強度)，以及優異的電和熱導體。另外，它獨特的2D六邊形晶格結構和原子尺度的厚度和高的長徑比進一步將石墨烯與其他類型的材料區別開來。這樣的優異性能使得石墨烯和相關的減薄石墨材料成為從能量有效的飛機到可拉伸電子紙的多種應用的有前景的候選物。例如基于石墨烯的電池組可以使電動車行駛更長距離和智能手機更快充電。其他實例包括石墨烯從水中過濾鹽、重金屬和油，有效地轉化太陽能，和當用作涂層時防止鋼和鋁銹蝕的能力。在更長的時間內，減薄結晶石墨通常有希望產生新的計算范式和革命性的醫學應用，包括人造視網膜和腦電極。

雖然單層石墨烯已經表現出所有令人期望的性能，但是利用這些性能仍然是挑戰性的，并且需要將石墨烯非常良好的分散入具體的材料體系如聚合物中。歸因于石墨烯的層之間強的范德華力，石墨烯納米薄片，特別是具有低缺陷基礎結構的那些，傾向于聚集以得到較大的粒子。這樣的聚集顯著降低了石墨烯和聚合物基質之間能夠實現的界面相互作用，和因此在很大程度上限制了石墨烯/聚合物復合材料能夠實現的性能。

概述

本文所述的實施方案通常涉及用于制造具有分散在聚合物基質中的石墨材料的母料的系統和方法。在一些實施方案中，一種用于制造母料的方法可以包括將石墨材料與聚合物合并，將超臨界流體加入該混合物，和將該超臨界流體降壓以除去該超臨界流體。在一些實施方案中，該方法包括將石墨材料和聚合物混合第一時間段以形成第一混合物，和將超臨界流體轉移至該第一混合物以形成第二混合物。在一些實施方案中，該方法包括將該第二混合物混合第二時間段，和將該第二混合物降壓以使該超臨界流體轉變成氣相。在一些實施方案中，該石墨材料在第一時間段之前具有第一平均厚度和在該第一時間段之后具有小于該第一厚度的第二平均厚度。在一些實施方案中，該石墨材料在第二時間段之后具有小于第二平均厚度的第三平均厚度。在一些實施方案中，該石墨材料在將該第二混合物降壓之后具有小于第三平均厚度的第四平均厚度。

附圖說明

圖1是顯示了根據一種實施方案，制造具有分散在聚合物基質中的石墨烯的母料的方法的流程圖。

圖2是根據一種實施方案，用于制造具有分散在聚合物基質中的石墨烯的母料的系統的示意圖。

圖3是根據一種實施方案，用于制造具有分散在聚合物基質中的石墨烯的母料的系統的示意圖。

圖4是根據一種實施方案，用于制造具有分散在聚合物基質中的石墨烯的母料的系統的示意圖。

圖5是根據一種實施方案，用于制造具有分散在聚合物基質中的石墨烯的母料的系統的示意圖。

圖6是根據一種實施方案，使用注塑技術利用Sc-N₂處理的石墨烯的衍射圖。

圖7是根據一種實施方案，使用串聯擠出機技術利用Sc-N₂處理的石墨烯的衍射圖。

詳細描述