[发明专利]用于制造非氧化石墨烯板的方法和设备

说明书

本发明是针对用于通过向包括水和石墨粒子的混合物的溶液施加声波和电磁波而由天然或合成石墨晶体制造具有3nm或更小厚度的化学上纯的非氧化石墨烯纳米薄片的设备和方法。

技术领域

本发明涉及二维石墨烯板，也被称作石墨烯纳米薄片的技术领域。确切地说，本发明描述用于由天然或合成石墨晶体制造高品质、无缺陷的非氧化石墨烯纳米薄片的设备和方法。

背景技术

自从石墨烯在2004年被“再开发”以来，许多用于制造石墨烯的方法已经被提出。那些方法一般分为三个主要类别：化学气相沉积、液体剥离和剪切力的施加。

借助于实例，用于制造经剥离石墨烯的可扩展方法描述于美国专利申请案第2014/773011号中。另一石墨插入和剥离方法描述于美国专利案第7,105,108号中。用于制造具有较高长宽比的纳米级石墨烯小板的又一其它方法呈现于美国专利案第7,790,285号、美国专利申请案第2011/787442号和第2016/0009561号中。

前述现有技术未解决的问题中的一个是通过那些方法所制造的石墨烯纳米薄片不是化学上纯的，所述石墨烯纳米薄片也不是无物理缺陷。这反过来使得所得石墨烯纳米薄片得不到最佳的热导或电导品质。

此外，已知现有技术中无一者使用或甚至没有暗示在制造石墨烯纳米薄片中使用电磁和声波空化穴(sonic cavitation)的组合。

考虑到前述情况，存在对用于制造具有较高长宽比的无物理缺陷、化学上纯且非氧化石墨烯纳米薄片的简单且便宜的设备和方法的明确需求。

发明内容

本发明针对用于由天然或合成石墨晶体制造高品质、无缺陷的非氧化石墨烯纳米薄片的设备和方法。

由于在此未使用其它反应剂而是使用水，所以通过施用本发明所制造的石墨烯纳米薄片是3nm或更小厚的且化学上纯的。此外，由于在本发明中既不使用剪切物理力也不使用化学品，所以所得石墨烯纳米薄片不是弯曲的，具有平面表面且因此具有极好的热导性和电导性。

在此描述的方法包括：a)制备天然或合成石墨晶体于蒸馏水中的溶液；b)离心或以其它方式机械地处理溶液，使得石墨粒子的大小保持大体上类似；c)在空化反应器中循环流动溶液；d)施加声能到溶液(“超声处理”(sonication))；e)施加电磁能到溶液；及f)从溶液分离所得石墨烯纳米薄片。

一种用于制造化学上纯的非氧化石墨烯纳米薄片的设备，其包括：

反应器容器；

多个电磁发射体；

谐振器，所述谐振器具有多个输入开口；及

多个声波发射体。

本发明中描述的电磁和集中声场的组合，结合谐振器与低温，不需使用任何化学抑制剂，即可实现无物理缺陷、化学上纯、非氧化且具有较高长宽比的石墨烯纳米薄片的制造，且简单且便宜。

附图说明

通过以下结合附图进行的对本发明的各个方面的详细描述将更轻易地理解本发明的这些和其它特征。

图1示出用于由水和石墨粒子的混合物制造石墨烯纳米薄片的设备。

图2A、图2B和图2C是通过施用在此描述的方法从石墨晶体转化的石墨烯纳米薄片的经2500倍放大照片。

具体实施方式