[发明专利]石墨烯悬浮溶液及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯悬浮溶液及其制作方法，尤其是控制溶液表面张力，使石墨烯能充分分散于溶液中。

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年的诺贝尔物理奖。

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亦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。

石墨烯的制备方法可分为剥离石墨法、直接生长法与纳米碳管转换法三大类，其中剥离石墨法可制得石墨烯粉体，而这类方法当中最适合应用于量产制程的主要为氧化还原法，此方法的原理为先将石墨材料氧化，形成石墨氧化物，再进行包括了分离与还原的处理，以得到石墨烯。

美国专利案20050271574即揭露一种石墨烯的制备方法，将天然石墨经由强酸插层之后，瞬间接触一高温热源使天然石墨剥离，最后再以高能球磨的方式完全剥离天然石墨以得到石墨烯粉体。不论以何种方式制备石墨烯粉体，由于石墨烯的先天纳米结构，不仅制备方式复杂、污染严重，且纳米材料的堆积密度甚低，以石墨烯而言，其堆积密度远小于0.01g/cm³，亦即体积庞大，且容易因凡德瓦尔力产生大量团聚，即便具有非常优异的各项物理特性，对于量产乃至于工业应用而言，都是非常棘手的难题，不仅难以发挥其特性，甚至造成衍生产品的负面效果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种石墨烯悬浮溶液及其制作方法，该方法包含分散溶液准备步骤、添加步骤、剥离步骤以及分离步骤。分散溶液准备步骤是准备一分散溶液，该分散溶液至少包含一溶剂，进一步包含一调整剂，维持表面张力在35～55mJ/m²，添加步骤是将石墨粉体材料添入该分散溶液中，而得到一石墨混合溶液，石墨粉体材料为片状，其厚度小于10nm、且平面横向尺寸大于1um，将石墨粉体材料在该分散溶液中的浓度为0.01～5g/L，且该石墨粉体材料与该分散溶液的接触角为45～80度。

剥离步骤是以机械力方法分离该石墨粉体材料为单层石墨烯，该机械力包含超音波震荡、行星式研磨、球磨、高剪切分散等，经机械力分离后，从该石墨粉体材料所剥离出的单层石墨烯悬浮于该分散溶液中，而形成一初步悬浮溶液。进一步地，还可添加一分散剂至该初步悬浮溶液中，使该单层石墨烯更充分的分散，而避免丛聚。

分离步骤是将该初步悬浮溶液至于离心，以使无法剥离的部分与悬浮溶液分离，而得到石墨烯悬浮溶液，该石墨烯悬浮溶液的表面电位为大于30mV，或小于-30mV。

控制表面张力而有效地使单层石墨烯悬浮于溶液之中，并充分分散，克服了现有技术中单层石墨烯因为凡得瓦力聚集的问题，而更易于后续复合材料、锂电池、超级电容、燃料电池等等的制备。

附图说明

图1为本发明石墨烯悬浮溶液的制作方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

S1     石墨烯悬浮溶液的制作方法

S10    分散溶液准备步骤

S20    添加步骤

S30    剥离步骤

S35    分散剂添加步骤

S40    分离步骤

具体实施方式

以下配合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟习本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。

参考图1，本发明石墨烯悬浮溶液的制作方法的流程图。如图1所示，本发明石墨烯悬浮溶液的制作方法S1包含分散溶液准备步骤S10、添加步骤S20、剥离步骤S30以及一分离步骤S40。分散溶液准备步骤S10是准备一分散溶液，该分散溶液至少包含一溶剂，进一步包含一调整剂，该溶剂为水、有机溶剂及离子溶液，而该调整剂为一表面活性剂及/或一分散剂，该调整剂逐步地加入该溶剂中，调整表面张力在35～55mJ/m²，而得到该分散溶液，其中该调整剂包含有机酸、醇类、醛类、酯类、胺类、无机碱、无机盐类的至少其中之一。