[发明专利]表面改质的石墨烯

说明书

技术领域

本发明提供一种表面改质的石墨烯，尤指一种透过表面改质剂使石墨烯粉体表面特性改变的表面改质的石墨烯。

背景技术

单层石墨，又称为石墨烯(graphene)，是一种由单层碳原子以石墨键(sp2)紧密堆积成二维蜂窝状的晶格结构，因此仅有一个碳原子的厚度，石墨键为共价键与金属键的复合键，可说是绝缘体与导电体的天作之合。2004年英国曼彻斯特大学Andre Geim与Konstantin Novoselov成功利用胶带剥离石墨的方式，证实可得到单层的石墨烯，并获得2010年诺贝尔物理奖。

石墨烯是目前世界上最薄也是最坚硬的材料，导热系数高于纳米碳管与金刚石，常温下其电子迁移率也比纳米碳管或硅晶体高，电阻率比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。石墨烯与纳米碳管在透明电极的应用皆有可挠性高、反射率低的优点，是目前做为软性电子材料的首选，然而石墨烯分散液的涂布较纳米碳管分散液困难许多，石墨烯本质上非常容易聚集堆迭，欲得到高均匀性且单层的石墨烯薄膜，避免石墨烯薄片彼此不均匀地堆迭，但仍使薄片彼此接触导通是主要的技术困难点。

美国专利第20110049437号将石墨烯与一高分子粘结剂均匀混合，可涂布于基材表面作为一涂层，改变基材的表面特性，尤其是改善其导电性。然而若石墨烯表面与粘结剂亲和性不足，使得二者不易混合，则将使得此应用效果不彰。

美国专利第20110017955号将石墨烯被覆于环氧树脂硬化剂表面，当硬化剂与环氧树脂混合硬化时，可增加环氧树脂的导热性。与上述美国专利第20110049437号类似，关键在于石墨烯与有机高分子材料之间的亲和性，当石墨烯材料与高分子材料之间接合良好时，才能发挥复合材料的特性。

美国专利第20100178464号将石墨烯边缘蚀刻，再在蚀刻的边缘上接上有机官能基，如-COOH、-C＝O等，藉以改善石墨烯表面的特性，然而蚀刻的方法复杂且成本高昂，所选用的有机官能基与石墨烯表面的接合性亦有疑虑。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种表面改质的石墨烯，包含一石墨烯粉体以及至少一表面改质层，该至少一表面改质层包括一表面改质剂，该表面改质剂包括至少二官能基，分别位于该表面改质剂的二端，该至少二官能基的一官能基与石墨烯粉体表面的有机官能基产生化学键结，该至少二官能基的另一官能基形成表面改质的石墨烯的表面特性，其中该表面改质剂包含偶合剂、脂肪酸及树脂的至少其中之一。

上述偶合剂的结构为M_x(R)_y(R’)_z，其中M是金属元素，R是亲水性官能基，R’是亲油性官能基，M选自铝、钛、锆或硅，R选自烷氧基、羰基、羧基、酰氧基、酰氨基、伸烷氧基或伸烷氧羧基，R’选自乙烯基、脂肪环氧烷基、苯乙烯基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基、脂肪基胺基、氯丙烷基、脂肪基氢硫基、脂肪基硫离子基、异氰酸基、脂肪基尿素基、脂肪基羧基、脂肪基羟基、环己烷基、苯基、脂肪基甲酰基、乙酰基或苯甲酰基，脂肪酸选自硬脂酸或油酸，树脂选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、硅树脂、酚树脂或聚酯树脂。

表面改质剂占表面改质的石墨烯重量的重量百分比0.1％-10.0％之间。

该至少一表面改质层包括一第一表面改质层及一第二表面改质层，第一表面改质层是一偶合剂层，第二表面改质层是一树脂层。

该至少一表面改质层包括一第一表面改质层、一第二表面改质层及一第三表面改质层，第一表面改质层是一偶合剂层，第二表面改质层是一树脂层，第三表面改质层是一偶合剂层。

因此，本发明的表面改质的石墨烯粉体，可提高石墨烯粉体于溶剂中的分散性，也可提高石墨烯粉体与有机高分子之间的亲和性，另外，藉由利用化学方法修饰石墨烯的结构或性质，可以把一些与石墨烯一样纤薄、富弹性和轻盈的“超级物质”变得更加结实，使其具更广泛的应用性，例如可制备电导聚合物，或可以用于制造人造卫星、飞机和汽车。

附图说明

图1(A)是纯石墨烯粉体；

图1(B)是依据本发明一实施例的表面改质的石墨烯的示意图；

图2是实例1的TEM图；

图3是实例1的XPS图；

图4是实例2改质后的石墨烯TEM图；

图5是由图4的圆圈处进行EDS分析的结果的图表；

图6(A)，图6(B)是实例2改质后的石墨烯粉体XPS图；

图7是实例3改质后的石墨烯粉体XPS图；以及