[发明专利]用石墨制备石墨烯和石墨烯复合导体

说明书

提供一种制造石墨烯复合产品的方法，该方法通过形成在压缩支撑结构内包含石墨的初始复合结构，该压缩支撑结构配置为在机械变形期间将石墨保持在压缩支撑结构内，并向初始复合结构施加包含多次机械变形迭代的迭代机械变形过程。每次迭代使用成形过程，其被配置为向复合结构施加横向和纵向力以压缩压缩支撑结构内的石墨，以使石墨在压缩支撑结构内致密化。进行足够的迭代以在压缩支撑结构内从石墨的石墨颗粒剪切石墨烯层以提供石墨烯复合产品。还可以使用进一步处理以从石墨烯复合结构提取石墨烯。

技术领域

本发明的技术领域是从石墨生产石墨烯。本发明的应用是用于生产用于电导体的石墨烯，例如为集成电路提供引线、用于电子设备的电线、电缆、传输线、电机和变压器。

背景技术

已知石墨烯具有理想的导电性能。作为石墨层间化合物的组成，石墨烯是具有六方晶格的碳单原子层，晶格中一个原子形成一个顶点。由于具有这种原子结构，石墨烯具有许多独特的特性。在室温下，它具有很强的，具有天然物质的最高的已知电导率。这是因为每个碳原子共有6个电子，内层有2个，外层有4个。在大部分情况中，这4个外层电子可用于化学键合，但是在石墨烯中，每个原子连接到二维原子层上的3个其他碳原子上，释放出在三维中可用的1个电子用于电子传导。这些高度可移动的电子位于石墨烯层的上方和下方。在石墨烯的带结构中，K点处的线性狄拉克(Dirac)弥散导致电子的零有效质量，从而克服声子散射并导致显著的电子迁移率200000cm²/V·s，在室温载流子密度为10¹²/cm²。石墨烯层的相应电阻率为10^-6Ω·cm，小于银的电阻率，而且在室温下也是已知最低的。特别地，石墨烯可以承载比铜作为电导体高6个数量级的电流密度，其重量也比铝轻约40％。它也可以有效地传导热量，以及几乎是透明的。然而，为工业应用而生产的大多数石墨烯是粉末形式，在基板上具有薄片形状或薄膜形式。碳键的共价性意味着石墨烯薄片难以大规模连接和成型以形成产品。

广泛使用石墨烯导体的另一个障碍是与石墨烯在商业规模上的受限的可用性相关的。虽然有多种已知的用于生产石墨烯的方法，但是目前还没有以低成本可重复的方式大规模生产包括原始或近似原始石墨烯的高品质材料的可用方法。

石墨烯可以通过高度有序的热解石墨的微机械剥离，外延生长，化学气相沉积，电化学剥离和石墨烯氧化物的还原来制造。前三种方法可以生产具有相对完美结构和优异性能的石墨烯，但生产量非常有限。

石墨烯氧化物可以使用廉价石墨作为原料通过成本效益高的化学方法以高产率生产。然而，常规生产的石墨烯氧化物具有许多化学和结构缺陷。类似地，这也发生在电化学剥离的石墨烯中。虽然石墨烯氧化物的还原处理可以部分地恢复石墨烯的结构和性质，但并不能去除所有的缺陷。不同的还原过程也可能导致还原的GO(rGO)的不同性质。因此，这种技术的问题是产生的石墨烯层的质量是高度可变的(对于一些方法)且显示出目前低于其他方法如机械剥离生产的原始石墨烯的理论电位的特性。