[发明专利]用于改性石墨烯的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于改性石墨烯的方法和设备，更具体地说，涉及采用二氧化 碳改性石墨烯的方法和设备。

本申请要求享有于2013年08月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利 申请第2013-0099288号的权益，其全部内容以引用的方式并入本文中。

背景技术

石墨烯为石墨(天然存在于自然界中的三维结构的碳同素异形体)的碳原 子以二维片状形式的六边形平面结构排列的材料。石墨烯的碳原子形成sp²键， 具有单原子厚度的片状形式。

石墨烯具有令人瞩目的优异的导电性和导热性，以及物理性能，如优异的 机械强度、柔韧性、弹性、取决于厚度的量子化的透明度、高比表面积等，可 通过存在于石墨烯中的原子的特定键合结构来解释。构成石墨烯的碳的四个外 围电子中的三个形成sp²杂化轨道以具有σ键，而剩余的一个电子与周围的碳 原子形成π键以提供六边形二维结构。因此，石墨烯具有不同于其它碳同素异 形体的能带结构，且不存在带隙而展现出优异的导电性；然而，石墨烯为在费 米能级处的电子能态密度为0的半金属材料，因此根据其是否被掺杂可轻松改 变电性能。

因此，由于石墨烯可以广泛应用于汽车、能源、航天、建筑和制药领域， 以及各种电气电子领域，如新一代材料、电容器、电磁屏蔽材料、传感器、显 示器等，它们可替代硅电气电子材料，所以将石墨烯应用于各种领域内的技术 的研究已在大规模地进行。

作为制备石墨烯的方法，已研究了用胶带从石墨片剥离石墨烯单层的胶带 法(scotch-tapemethod)或剥离法(peeloffmethod)、化学气相沉积法、通过 在碳化硅基底(SiC)上层压的外延生长法(epitaxialgrowthmethod)、利用热 量来剥离石墨烯的热剥离(thermalexfoliation)法、化学还原法等。

其中，化学还原法具有的优势为，可进行大规模生产，提供了经济上的可 行性，并且可容易地将各种功能基团引入到石墨烯片中。与此同时，在这个方 法中，应当使用如肼等的还原剂用于石墨烯氧化物的脱氧反应，其中由于高的 腐蚀性、爆炸性、人体毒性等，这些脱氧剂的大部分是危险的，并且制得的石 墨烯可包含杂质等，以致导电性可能会被降低。另外，还存在的可能性是，石 墨烯的各个层在还原过程完成之后可能会重新组合，并且难以控制石墨烯的尺 寸，以致石墨烯的所需功能可能不会有效地发挥。

因此，应当进行能够获得具有所需的晶体尺寸的石墨烯，甚至是通过更经 济和低风险的工艺的改性石墨烯的方法的研究。

发明内容

[技术问题]

本发明致力于提供一种采用二氧化碳的甚至是通过经济和低风险的工艺 的能够获得具有所需的晶体尺寸的石墨烯的用于改性石墨烯的方法和设备。

[技术方案]

本发明的一个示例性实施方式提供了一种用于改性石墨烯的方法，包括： 将液态的二氧化碳注入含有石墨烯的反应器中；通过使二氧化碳分别升温和升 压至20至50℃和73至200个大气压来改性所述石墨烯；释放压力并冷却改 性的石墨烯；以及通过装满去离子水的回收池来回收释放压力的石墨烯。

另外，本发明的另一个示例性实施方式提供了一种用于改性石墨烯的设 备，包括：第一改性反应器，其在20至50℃的温度和73至200个大气压的 压力下采用二氧化碳来进行石墨烯的第一改性反应；二氧化碳进料泵，其将二 氧化碳供给至所述第一改性反应器中；原料注入设备，其将所述石墨烯注入到 所述第一改性反应器中；第一压力释放器，其连接至所述第一改性反应器的后 端；和回收池，其连接至所述第一压力释放器的后端并在装满去离子水的状态 下回收石墨烯。

[有益效果]

根据本发明的用于改性石墨烯的方法和设备，将在特定的压力和温度范围 下用二氧化碳改性石墨烯的过程重复若干次，并通过装满去离子水的回收池来 回收改性的石墨烯，从而可获得具有所需的晶体尺寸的石墨烯，而且可重复利 用用于反应中的二氧化碳，因而是经济的，且不采用独立的有毒化学品等，因 而是环境友好的。

附图说明

图1示例性地显示了根据本发明的示例性实施方式的用于改性石墨烯的 设备。

图2显示了通过本发明的实施例1和对比实施例1所获得的石墨烯的XRD 测量结果。