[发明专利]大面积石墨烯的复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤指一种利用大面积石墨烯掺合的复合材料。

背景技术

石墨烯为一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型蜂巢状晶格的平面薄膜，为目前世界上最薄也是最坚硬的奈米材料。由于石墨烯的电阻率低，且几乎是透明的，被期待用于发展更薄、导电速度更快的电子元件以应用在诸如半导体、面板、或是电池等领域中。

即使有许多期待，国际大厂也已竞相投入石墨烯研究并积极布局，但现阶段石墨烯技术还未能被大量应用，显见目前还有许多技术上问题存在：无论是在石墨烯本身、或在配方上进行改良，以令石墨烯应用于复合材料时有更佳的效果。

发明内容

为了达成上述目的，本发明的一态样提供一种大面积石墨烯的复合材料，包括：一基质；一大面积石墨烯，分散于该基质中，该大面积石墨烯的层数小于20层且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La为一由拉曼光谱所获得的值。

本发明并提供一种大面积石墨烯的复合材料的制备方法，其通过复合具有面积大且较完美的石墨烯平面的石墨烯，以显著的提升该复合材料的物化性质。该大面积石墨烯的复合材料的制备方法包括：提供一高度石墨化的石墨片分散至一溶剂以形成一溶液；利用一分散剂或一超音波震荡法使该高度石墨化的石墨片于该溶液中分散为一大面积石墨烯，其中该大面积石墨烯的层数小于20层且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La为一由拉曼光谱所获得的值；以及将该溶液与一基质混合以形成一复合材料。

习知技术中的石墨烯复合材料是将石墨烯以多层方式堆栈，但由于石墨烯层间仅具有凡得瓦力(van der Waals'forces)的弱键力，故石墨烯以多层方式堆栈时，实际上反而容易使得该复合材料中的石墨烯层成为缺陷，而本发明中的复合材料通过选用上述由高度石墨化的石墨片所制备的大面积石墨烯，沿着底面尺寸方向(La)延伸而非将该石墨烯层堆栈，因而有效地减少复合于该复合材料所需的石墨烯含量，减少该复合材料缺陷发生机率。

附图说明

图1为本发明将高度石墨化的石墨烯分散形成石墨烯层的示意图；

图2为本发明复合材料的第一实施例与比较例的拉伸强度图；

其中，10、复合材料；101、大面积石墨烯；102、基质。

具体实施方式

于下文中，将搭配图式详细说明本发明。

请参考图1，为一种大面积石墨烯的复合材料10，其特征在于包括：一基质102；一大面积石墨烯101，分散于该基质102中，该大面积石墨烯101的层数小于20层且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La为一由拉曼光谱所获得的值。

于本实施例中，该大面积石墨烯的层数介于1至20层之间，较佳为1至10层，更佳为1至5层，而最佳为单层的大面积石墨烯。

大面积石墨烯的复合材料的制备方法，其通过复合具有面积大且较完美的石墨烯平面的石墨烯，以显著的提升该复合材料的物化性质。该大面积石墨烯的复合材料的制备方法包括：提供一高度石墨化的石墨片分散至一溶剂以形成一溶液；利用一分散剂或一超音波震荡法使该高度石墨化的石墨片于该溶液中分散为一大面积石墨烯，其中该大面积石墨烯的层数小于20层且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La为一由拉曼光谱所获得的值；以及将该溶液与一基质混合以形成一复合材料。为使该复合材料具有较好的机械强度，本发明中较佳选用具完美六角晶体的片状结构石墨烯，该高度石墨化的石墨片为一溶碳析出法所制得的产物且具有0.8至1.0，较佳为0.9至1.0，更佳为1.0的石墨化程度，且由该高度石墨化的石墨片分散而得的大面积石墨烯，其单一层的厚度介于0.3奈米至1.5奈米之间。

上述“石墨化程度”意指石墨的比例。石墨烯平面(graphene plane)间距离的理论值为3.354埃(angstrom)，因此当石墨化程度为1时，是指石墨烯堆栈最为紧密，其石墨平面间距(d(0002))为3.354埃。石墨化程度(G)可由下列式1计算：

式1G＝(3.440-d(0002))/(3.440-3.354)

据此，较高的石墨化程度对应于较大的结晶尺寸，是通过石墨烯的六角晶体平面结构的底面方向尺寸(La)以及堆栈层(Lc)的尺寸所决定。因此，一般而言，高度石墨化是指石墨化程度大于或等于0.8。