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DE102011109457A1 - Preparing a dispersion, useful e.g. to prepare a composite and coat a surface, comprises applying a mixture comprising graphene and a liquid under pressure and passing the pressurized mixture via an opening - Google Patents

Preparing a dispersion, useful e.g. to prepare a composite and coat a surface, comprises applying a mixture comprising graphene and a liquid under pressure and passing the pressurized mixture via an opening Download PDF

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DE102011109457A1
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DE
Germany
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graphene
dispersion
liquid
composite
bar
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Ceased
Application number
DE102011109457A
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German (de)
Inventor
Folke Johannes Tölle
Martin Fabritius
Rolf Mülhaupt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Original Assignee
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
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Abstract

Preparing a dispersion comprises (a) applying a mixture comprising graphene and a liquid under pressure and (b) passing the pressurized mixture through an opening. Independent claims are included for: (1) the dispersion obtained by the above process, provided that graphene does not contain nitrogen and the liquid is not propylene carbonate, where the graphene comprises carboxy group and/or phenolic hydroxy group in deprotonated form and liquid is water, isopropanol or acetone; (2) producing a composite comprising contacting a substrate with the dispersion; and (3) the composite obtained by the above method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen Dispersion von Graphen in einer Flüssigkeit ohne Zusatz von Bindemitteln oder Stabilisatoren wie Tensiden. Ferner betrifft die Erfindung die Dispersion, Komposite, die Graphen enthalten, Verfahren zur Herstellung von Kompositen mit Hilfe der Dispersion sowie die Verwendung der Dispersion zur Beschichtung von Oberflächen und zur Herstellung von Folien und Objekten, die den elektrischen Strom sowie Wärme leiten.The invention relates to a method for producing a stable dispersion of graphene in a liquid without the addition of binders or stabilizers such as surfactants. Furthermore, the invention relates to the dispersion, composites containing graphene, processes for the preparation of composites by means of the dispersion and the use of the dispersion for coating surfaces and for producing films and objects which conduct the electric current and heat.

Graphen verfügt bekanntlich über eine hohe mechanische Festigkeit und über eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit. Daher kann es vorteilhaft in der Elektrotechnik, Elektronik und Werkstofftechnik verwendet werden.Graphene is known to have high mechanical strength and excellent electrical conductivity. Therefore, it can be advantageously used in electrical engineering, electronics and materials technology.

Häufig ist es erforderlich, dass Graphen für diese Anwendungen in dispergierter Form vorliegen soll, beispielsweise als wässrige Dispersion. Zur Herstellung dieser Dispersionen kann ausgehend von Graphit dieses zunächst in bekannter Weise zu Graphitoxid (GO) oxidiert werden, welches dann gegebenenfalls nach Exfolierung zu Graphenoxid seinerseits in Graphen überführt und dieses in beispielsweise Wasser dispergiert wird.It is often necessary for graphene to be in dispersed form for these applications, for example as an aqueous dispersion. For the preparation of these dispersions, starting from graphite, the latter can first be oxidized in a known manner to give graphite oxide (GO) which, if appropriate after exfoliation to graphene oxide, is in turn converted into graphene and dispersed in, for example, water.

Graphitoxid weist verschiedene Sauerstofffunktionalitäten auf, nämlich Epoxid-, Hydroxyl-, Carbonyl- und Carboxylgruppen. Es ist bekannt, dass dieser im Graphitoxid vorhandene Sauerstoff durch zumindest teilweise Reduktion entfernt werden kann. Dadurch wird das elektrisch nicht leitfähige Graphitoxid in elektrisch leitfähiges Graphen überführt. Derartiges Graphen wird im Stand der Technik auch als chemisch modifiziertes Graphen (CMG) bezeichnet.Graphite oxide has various oxygen functionalities, namely epoxide, hydroxyl, carbonyl and carboxyl groups. It is known that this oxygen present in the graphite oxide can be removed by at least partial reduction. As a result, the electrically non-conductive graphite oxide is converted into electrically conductive graphene. Such graphene is also referred to in the art as chemically modified graphene (CMG).

Die Reduktion kann mit Reduktionsmitteln wie Hydrazin durchgeführt werden. Es ist bekannt, dass ein derart hergestelltes CMG nach der Reduktion beträchtliche Mengen an Stickstoff enthält, also Stickstofffunktionalitäten aufweist ( X. Gao, J. Jang und S. Nagase, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 832–842 ; H.-P. Boehm, A. Clauss, G. O. Fischer, U. Hofmann, Z. Naturforschg. 1962, 17b, 150 ).The reduction can be carried out with reducing agents such as hydrazine. It is known that a CMG produced in this way after the reduction contains considerable amounts of nitrogen, ie has nitrogen functionalities ( X. Gao, J. Jang and S. Nagase, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 832-842 ; H.-P. Boehm, A. Clauss, GO Fischer, U. Hofmann, Z. Naturforschg. 1962, 17b, 150 ).

Ferner ist auch die Reduktion mit Dimethylhydrazin, Hydrochinon und Natriumboranat bekannt ( Y. Zhu, M. D. Stoller, W. Cai, A. Velamakanni, R. D. Piner, D. Chen und R. S. Ruoff, ACSNano, Vol 4, 2, 1227–1223 (2010) ). Die Verwendung von Vitamin C als Reduktionsmittel ist gleichfalls möglich ( M. J. Fernández-Merino, L. Guardia, J. I. Paredes, S. Villar-Radil, P. Solis-Fernández, A. Martinez-Alonso, J. M. D. Tascón, J. Phys. Chem. C. 2010, 114, 6426 (doi: 10.1021/jp100603h) ).Furthermore, the reduction with dimethylhydrazine, hydroquinone and sodium borohydride is known ( Y. Zhu, MD Stoller, W. Cai, A. Velamakanni, RD Piner, D. Chen, and RS Ruoff, ACSNano, Vol. 4, 2, 1227-1223 (2010) ). The use of vitamin C as a reducing agent is also possible ( MJ Fernández-Merino, L. Guardia, JI Paredes, S. Villar-Radil, P. Solis-Fernández, A. Martinez-Alonso, JMD Tascón, J. Phys. Chem. C. 2010, 114, 6426 (doi: 10.1021 / jp100603h) ).

Zur Reduktion kann Graphenoxid auch einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wobei gleichfalls die Sauerstofffunktionalität reduziert und Graphen bzw. CMG gebildet wird. Neben den Begriffen „Graphen” und „CMG” ist bei dieser Form der Reduktion auch der Begriff „thermisch reduziertes Graphitoxid (TRGO)” zur Beschreibung des resultierenden Graphens gebräuchlich. Diese Wärmebehandlung kann bei Temperaturen von über 700°C stattfinden ( X. Gao, J. Jang und S. Nagase, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 832–842 ; H. C. Schniepp, J.-L. Li, M. J. McAllister, H. Sai, M. Herrera-Alonso, D. H. Adamson, R. K. Prud'homme, R. Car, D. A. Saville, I. A. Aksay, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8535 ; M. J. McAllister, J.-L. Li, D. H. Adamson, H. C. Schniepp, A. A. Abdala, J. Liu, M. Herrera-Alonso, D. L. Milius, R. Car, R. K. Prud'homme, I. A. Aksay, Chem. Mater. 2007, 19, 4396 ).For reduction, graphene oxide can also be subjected to a heat treatment, wherein likewise the oxygen functionality is reduced and graphene or CMG is formed. In addition to the terms "graphene" and "CMG", the term "thermally reduced graphite oxide (TRGO)" is also used to describe the resulting graphene in this form of reduction. This heat treatment can take place at temperatures above 700 ° C ( X. Gao, J. Jang and S. Nagase, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 832-842 ; HC Schniepp, J.-L. Li, MJ McAllister, H. Sai, M. Herrera-Alonso, DH Adamson, RK Prud'homme, R. Car, DA Saville, IA Aksay, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8535 ; MJ McAllister, J.-L. Li, DH Adamson, HC Schniepp, AA Abdala, J. Liu, M. Herrera-Alonso, DL Milius, R. Car, RK Prud'homme, IA Aksay, Chem. Mater. 2007, 19, 4396 ).

Es ist auch bekannt, dass die nach den obigen bekannten Verfahren beispielsweise in Wasser hergestellten Kohlenstoffschichten (Graphen) miteinander agglomerieren und flokkulieren können. Sie fallen dann in unerwünschter Weise aus der Dispersion als fester Niederschlag aus, d. h. die Dispersion ist nicht stabil. Zur Vermeidung der Agglomeration bzw. Flokkulation müssen dem Gemisch von Graphenoxid und beispielsweise Wasser und/oder dem entstandenen Graphen bzw. chemisch modifizierten Graphen in Wasser in der Regel Verbindungen zugesetzt werden, die die Dispersion zu stabilisieren vermögen. Vorzugsweise werden zur Stabilisation Bindemittel oder oberflächenaktive Verbindungen wie beispielweise Tenside verwendet. Allerdings ist bekannt, dass diese Stabilisatoren bei Anwendungen von Graphendispersionen, beispielsweise wässrigen Graphendispersionen, die insbesondere die elektrische Leitfähigkeit voraussetzen, stören können.It is also known that the carbon layers (graphene) prepared by the above known processes, for example in water, can agglomerate and flocculate with each other. They then precipitate undesirably from the dispersion as a solid precipitate, i. H. the dispersion is not stable. In order to avoid agglomeration or flocculation, compounds which are capable of stabilizing the dispersion must generally be added to the mixture of graphene oxide and, for example, water and / or the graphene or chemically modified graphene formed in water. Preferably, for stabilization binders or surface-active compounds such as surfactants are used. However, it is known that these stabilizers can interfere with applications of graphene dispersions, for example aqueous graphene dispersions, which in particular require electrical conductivity.

Eine wässrige Suspension von Graphenoxid kann mit Hydrazin reduziert werden, wobei eine wässrige Dispersion von Graphen gebildet wird, die auch ohne den Zusatz von Stabilisatoren stabil ist, vorausgesetzt, dass die Dispersion weder Salze und Säuren noch überschüssiges Hydrazin enthält und im CMG befindliche Carboxylgruppen mit Ammoniak neutralisiert werden ( D. Li, M. B. Müller, S. Gilje, R. B. Kaner und G. G. Wallace, nature nanotechnology, Vol 3, Februar 2008, Seite 101–105 (doi: 10.1038/nnano.2007.451) ).An aqueous suspension of graphene oxide can be reduced with hydrazine to form an aqueous dispersion of graphene that is stable even without the addition of stabilizers, provided that the dispersion contains neither salts and acids nor excess hydrazine and CMG's containing carboxyl groups with ammonia be neutralized ( D. Li, MB Müller, S. Gilje, RB Kaner and GG Wallace, nature nanotechnology, Vol 3, February 2008, pages 101-105 (doi: 10.1038 / nnano.2007.451) ).

Bekannt sind auch wässrige Dispersionen von Graphen, die ohne den Zusatz von Bindemitteln oder Stabilisatoren wie Tensiden stabil sind, wenn in einem separaten Reaktionsschritt eine Funktionalisierung des Graphenoxids beispielsweise mit Sulfonsäure- bzw. Sulfonatgruppen durchgeführt wird. Dazu kann das Graphenoxid zunächst mit Natriumborhydrid vorreduziert und dann durch Umsetzung mit einem Diazoniumsalz der Sulfanilsäure die Sulfonsäuregruppen eingeführt werden. Erst nach einer weiteren Nachreduktion mit Hydrazin wurde auf diesem Weg ein sulfoniertes Graphen erhalten, das beispielsweise in Wasser stabile Suspension bildet ( Y. Si, E. T. Samulski, Nano Lett. 2008, 8, 1679 (doi: 10.1021/nl080604h) ).Also known are aqueous dispersions of graphene which are stable without the addition of binders or stabilizers such as surfactants, if in a separate reaction step, a functionalization of the graphene oxide is carried out, for example with sulfonic acid or sulfonate. For this purpose, the graphene oxide is first prereduced with sodium borohydride and then by reaction with a diazonium salt of sulfanilic acid the Sulfonic acid groups are introduced. Only after a further reduction with hydrazine a sulfonated graphene was obtained in this way, which forms stable suspension, for example in water ( Y. Si, ET Samulski, Nano Lett. 2008, 8, 1679 (doi: 10.1021 / nl080604h) ).

Kolloidale Suspensionen von Graphenoxid, das durch Exfolierung von Graphitoxid erhalten wurde, können mit Hydrazin reduziert werden, wobei Dispersionen von Graphen entstehen können, die auch ohne den Zusatz von Stabilisatoren wie Tensiden oder Bindemitteln stabil sein können. Als Lösungsmittel wird ein Gemisch aus Dimethylformamid und Wasser verwendet. Dieser Dispersion können auch weitere Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton zugesetzt werden, ohne die Stabilität derselben zu beeinträchtigen ( S. Park, J. An, I. Jung, R. D. Piner, S. J. An, X. Li, A. Velamakanni, R. S. Ruoff, Nano Letters 2009, 9, 1593–1597 (doi: 10.1021/nl803798y) ).Colloidal suspensions of graphene oxide obtained by exfoliation of graphite oxide can be reduced with hydrazine to give dispersions of graphene which may be stable even without the addition of stabilizers such as surfactants or binders. The solvent used is a mixture of dimethylformamide and water. It is also possible to add further solvents, for example acetone, to this dispersion without impairing the stability thereof ( Park, J.An, I. Jung, RD Piner, SJ An, X. Li, A. Velamakanni, RS Ruoff, Nano Letters 2009, 9, 1593-1597 (doi: 10.1021 / nl803798y) ).

Auch eine elektrostatische Stabilisierung von Graphensuspensionen, die durch Reduktion mit Hydrazin erhalten wurden, ist bekannt. Durch Behandeln einer wässrigen Graphenoxid Dispersion mit KOH und anschließender Reduktion mit Hydrazin wurden stabile, wässrige Graphensuspensionen erhalten ( S. Park, J. An, R. D. Piner, I. Jung, D. Yang, A. Velamakanni, S. T. Nguyen, R. S. Ruoff, Chem. Mater. 2008, 20, 6592. (doi: 10.1021/cm801932u) ).An electrostatic stabilization of graphene suspensions obtained by reduction with hydrazine is also known. By treating an aqueous graphene oxide dispersion with KOH and subsequent reduction with hydrazine, stable, aqueous graphene suspensions were obtained ( S. Park, J. An, RD Piner, I. Jung, D. Yang, A. Velamakanni, ST Nguyen, RS Ruoff, Chem. Mater. 2008, 20, 6592. (doi: 10.1021 / cm801932u) ).

Es ist des Weiteren bekannt, Graphitoxid in Propylencarbonat durch Exfolieren in Graphenoxid zu überführen, welches dann seinerseits durch eine thermische Behandlung bei einer Temperatur von 150°C in Graphen überführt wird. Die entstehende Dispersion ist ohne Zusatz von Stabilisatoren stabil ( Y. Zhu, M. D. Stoller, W. Cai, A. Velamakanni, R. D. Piner, D. Chen und R. S. Ruoff, ACSNano, Vol 4, 2, 1227–1223 (2010) ).It is also known to convert graphite oxide into propylene carbonate by exfoliation in graphene oxide, which in turn is then converted by a thermal treatment at a temperature of 150 ° C in graphene. The resulting dispersion is stable without the addition of stabilizers ( Y. Zhu, MD Stoller, W. Cai, A. Velamakanni, RD Piner, D. Chen, and RS Ruoff, ACSNano, Vol. 4, 2, 1227-1223 (2010) ).

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es eine Graphendispersion bereitzustellen, die ohne den Zusatz von Bindemitteln oder Stabilisatoren wie Tensiden stabil sein kann oder stabil ist, und wobei das Graphen vorzugsweise keine Stickstofffunktionalitäten aufweist, also keinen Stickstoff enthält und auch sonst keine Nebenprodukte aus einer chemischen Reduktion enthält, da solche bei Anwendungen, welche insbesondere die elektrische Leitfähigkeit des Graphens voraussetzen, stören können.An object of the present invention was to provide a graphene dispersion which may or may not be stable without the addition of binders or stabilizers such as surfactants, and which graphene preferably does not contain any nitrogen functionalities, ie contains no nitrogen and otherwise no by-products from a chemical reduction contains, since such in applications, which in particular require the electrical conductivity of the graphene, can interfere.

Diese Aufgabe wurde mit einem Verfahren gelöst wie in Anspruch 1 definiert, das die Druckentspannung eines Gemischs vorsieht, welches Graphen und eine Flüssigkeit umfasst oder aus Graphen und einer Flüssigkeit besteht.This object has been achieved by a method as defined in claim 1, which provides for the pressure release of a mixture comprising graphene and a liquid or consisting of graphene and a liquid.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft die Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersion. Dem gemäß wird die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion umfassend Graphen und eine Flüssigkeit gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Stufen (i) und (ii) umfasst:

  • (i) Beaufschlagen eines Gemischs umfassend Graphen und eine Flüssigkeit mit Druck;
  • (ii) Führen des unter Druck stehenden Gemischs der Stufe (i) durch eine Öffnung.
A first aspect of the invention relates to the preparation of the dispersion according to the invention. Accordingly, the object is achieved by a process for the preparation of a dispersion comprising graphene and a liquid which is characterized in that it comprises stages (i) and (ii):
  • (i) applying a mixture comprising graphene and a liquid under pressure;
  • (ii) passing the pressurized mixture of step (i) through an orifice.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es vor Schritt (i) den Schritt (iiia) umfasst:

  • (iiia) Reduzieren von Graphitoxid oder Graphenoxid zu Graphen.
In one embodiment, the method according to the invention is characterized in that before step (i) it comprises the step (iiia):
  • (iiia) reducing graphite oxide or graphene oxide to graphene.

Das für Schritt (iiia) erforderliche Graphitoxid kann nach bekannten Verfahren durch Oxidation von Graphit hergestellt werden. Als Oxidationsmittel können Schwefelsäure, Natriumnitrat und/oder Permanganate wie Kalium- oder Natriumpermanganat eingesetzt werden. Graphenoxid kann durch Exfolierung von Graphitoxid erhalten werden.The graphite oxide required for step (iiia) can be prepared by oxidation of graphite by known methods. As the oxidizing agent sulfuric acid, sodium nitrate and / or permanganates such as potassium or sodium permanganate can be used. Graphene oxide can be obtained by exfoliation of graphite oxide.

In einer Ausführungsform wird in Schritt (iiia) Graphit- oder Graphenoxid nicht durch eine chemische Reduktion, insbesondere nicht durch Reduktion mit Hydrazin, sondern bevorzugt thermisch reduziert.In one embodiment, in step (iiia) graphite or graphene oxide is not thermally reduced by a chemical reduction, in particular not by reduction with hydrazine, but preferably thermally.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es vor Schritt (i) den Schritt (iiib) umfasst:

  • (iiib) thermisches Reduzieren von Graphitoxid oder Graphenoxid zu Graphen.
In one embodiment, the method according to the invention is characterized in that before step (i) it comprises the step (iiib):
  • (iiib) thermally reducing graphite oxide or graphene oxide to graphene.

In einer Ausführungsform enthält das in Stufe (iiia) oder (iiib) gebildete Graphen keinen Stickstoff. Demzufolge ist in dieser Ausführungsform eine Reduktion durch Hydrazin ausgeschlossen.In one embodiment, the graph formed in step (iiia) or (iiib) contains no nitrogen. Accordingly, in this embodiment, reduction by hydrazine is excluded.

In einer weiteren Ausführungsform ist auch die Reduktion mit Dimethylhydrazin ausgeschlossen oder durch Reduktion mit Natriumborhydrid oder mit Vitamin C.In a further embodiment, the reduction is also excluded with dimethylhydrazine or by reduction with sodium borohydride or with vitamin C.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Verwendung eines Reduktionsmittels bei der Reduktion von Graphitoxid oder Graphenoxid zu Graphen ausgeschlossen.In a further embodiment, the use of a reducing agent in the reduction of graphite oxide or graphene oxide to graphene is excluded.

In einer weiteren Ausführungsform ist ausgeschlossen, dass die Flüssigkeit aus Propylencarbonat besteht. In einer weiteren Ausführungsform ist auch ausgeschlossen, dass die Flüssigkeit Propylencarbonat umfasst. In einer weiteren Ausführungsform ist ausgeschlossen, dass die gebildete Dispersion Propylencarbonat umfasst.In a further embodiment, it is excluded that the liquid consists of propylene carbonate. In a further embodiment, it is also excluded that the liquid comprises propylene carbonate. In a further embodiment, it is excluded that the dispersion formed comprises propylene carbonate.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das Graphen keinen Stickstoff und die Dispersion enthält kein Propylencarbonat oder umfasst kein Propylencarbonat.In another embodiment, the graphene contains no nitrogen and the dispersion does not contain propylene carbonate or does not contain propylene carbonate.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das in Stufe (iiia) oder (iiib) gebildete Graphen keine Sulfonsäure- bzw. Sulfonatgruppen und/oder kein Kalium.In a further embodiment, the graphene formed in step (iiia) or (iiib) contains no sulfonic acid or sulfonate groups and / or no potassium.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das in Stufe (iiia) oder (iiib) gebildete Graphen weder Stickstoff noch Sulfonsäure- bzw. Sulfonatgruppen und/oder Kalium.In another embodiment, the graphene formed in step (iiia) or (iiib) contains neither nitrogen nor sulfonic acid or sulfonate groups and / or potassium.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das in Stufe (iiia) oder (iiib) gebildete Graphen weder Stickstoff noch eine Sulfonsäure- bzw. Sulfonatgruppe und/oder Kalium und die Flüssigkeit besteht nicht aus Propylencarborat oder umfasst nicht Propylencarbonat.In a further embodiment, the graphene formed in step (iiia) or (iiib) contains neither nitrogen nor a sulfonic acid or sulfonate group and / or potassium and the liquid does not consist of propylene carborate or does not comprise propylene carbonate.

Der Begriff „Dispersion” bedeutet, dass Graphen als feste Phase in der flüssigen Phase verteilt ist. Synonym zu diesem Begriff werden auch die Begriffe „Suspension”, „Nanosuspension” oder „Kolloid” verwendet. Diese und alle folgenden Definitionen beziehen sich auf Definitionen wie sie im Sinne der Erfindung verwendet werden.The term "dispersion" means that graphene is distributed as a solid phase in the liquid phase. Synonymous with this term, the terms "suspension", "nanosuspension" or "colloid" are used. These and all subsequent definitions refer to definitions as used in the context of the invention.

Der Begriff „stabile Dispersion” bedeutet, dass beim Ruhenlassen der Dispersion nach einer Zeit von 5 Stunden, mehr bevorzugt 10 Stunden, weiter bevorzugt 15 Stunden mit dem bloßen Auge keine Niederschläge in der Dispersion feststellbar sind.The term "stable dispersion" means that when the dispersion is allowed to stand still after 5 hours, more preferably 10 hours, more preferably 15 hours, no precipitation is detectable in the dispersion by the naked eye.

Der Begriff „Graphen” bedeutet eine Monoschicht von Kohlenstoffatomen, welche fest in ein zweidimensionales wabenförmiges Gitter gepackt sind.The term "graphene" means a monolayer of carbon atoms which are tightly packed in a two-dimensional honeycomb lattice.

In einer Ausführungsform bedeutet der Begriff „Graphen”, dass an Kohlenstoffatome dieser Schicht Sauerstoffgruppen gebunden sind. Sauerstoffgruppen können beispielsweise in Form von Hydroxylgruppen und/oder Epoxidgruppen vorliegen und/oder über Carboxylgruppen und/oder über Carbonylgruppen gebunden sein. Der Begriff „Graphen” umfasst somit auch die Begriffe „chemisch modifiziertes Graphen (CMG)” und „thermisch reduziertes Graphitoxid (TRGO)”, wobei in dieser Ausführungsform das Graphen vorzugsweise keine Stickstofffunktionalitäten besitzt, also keinen Stickstoff enthält.In one embodiment, the term "graphene" means that oxygen groups are attached to carbon atoms of that layer. Oxygen groups may be present for example in the form of hydroxyl groups and / or epoxide groups and / or bound via carboxyl groups and / or via carbonyl groups. The term "graphene" thus also encompasses the terms "chemically modified graphene (CMG)" and "thermally reduced graphite oxide (TRGO)", in which embodiment the graphene preferably has no nitrogen functionalities, ie contains no nitrogen.

Das in Stufe (i) eungesetzte Graphen wird durch Reduktion, vorzugsweise durch thermische Reduktion von Graphitoxid oder Graphenoxid erzeugt. Geeignete Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus dem Stand der Technik wie eingangs zitiert. Beispielsweise kann als Ausgangsmaterial Graphitoxid verwendet werden, dass vor der Reduktion durch Exfolierung in Graphenoxid überführt werden kann, vorzugsweise durch Behandlung mit Ultraschall.The graphene used in step (i) is produced by reduction, preferably by thermal reduction of graphite oxide or graphene oxide. Suitable methods are known from the prior art, for example from the prior art as cited above. For example, graphite oxide can be used as the starting material, which can be converted into graphene oxide before the reduction by exfoliation, preferably by treatment with ultrasound.

Der Begriff „Reduktion” in Stufe (iiia) bedeutet, dass der Sauerstoffgehalt im Graphitoxid oder Graphenoxid erniedrigt oder reduziert wird.The term "reduction" in step (iiia) means that the oxygen content in the graphite oxide or graphene oxide is lowered or reduced.

Der Begriff „thermisches Reduzieren” in Stufe (iiib) bedeutet, dass Graphitoxid oder Graphenoxid einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, vorzugsweise einer Temperatur von mehr als 100°C ausgesetzt wird, um den Sauerstoffgehalt in Graphenoxid zu erniedrigen, wobei Graphen entstehen soll. Dieses Graphen kann auch in Form von CMG oder im Gemisch mit CMG vorliegen.The term "thermal reduction" in step (iiib) means that graphite oxide or graphene oxide is subjected to a heat treatment, preferably exposed to a temperature of more than 100 ° C in order to lower the oxygen content in graphene oxide, which is said to produce graphene. This graph may also be in the form of CMG or in admixture with CMG.

In einer Ausführungsform findet die Wärmebehandlung des Graphitoxids oder Graphenoxids bei Temperaturen von mehr als 120°C statt, vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als 200°C, weiter bevorzugt mehr als 300°C, insbesondere bei Temperaturen von mehr als 400°C.In one embodiment, the heat treatment of the graphite oxide or graphene oxide takes place at temperatures greater than 120 ° C, preferably at a temperature greater than 200 ° C, more preferably greater than 300 ° C, especially at temperatures greater than 400 ° C.

Die Obergrenze der thermischen Behandlung liegt im Allgemeinen bei 2.000°C, mehr bevorzugt bei 1.500°C, noch mehr bevorzugt bei 1.000°C, weiter bevorzugt bei 500°C.The upper limit of the thermal treatment is generally 2,000 ° C, more preferably 1,500 ° C, even more preferably 1,000 ° C, further preferably 500 ° C.

In einer Ausführungsform findet das thermische Reduzieren bei einer Temperatur von 150 bis 1.000°C statt, vorzugsweise bei einer Temperatur von 200 bis 900°C, mehr bevorzugt bei einer Temperatur von 300 bis 800°C, weiter bevorzugt bei einer Temperatur von 350 bis 700°C, oder 350 bis 600°C, oder 350 bis 500°C, oder 350 bis 450°C.In one embodiment, the thermal reduction takes place at a temperature of 150 to 1000 ° C, preferably at a temperature of 200 to 900 ° C, more preferably at a temperature of 300 to 800 ° C, more preferably at a temperature of 350 to 700 ° C, or 350 to 600 ° C, or 350 to 500 ° C, or 350 to 450 ° C.

Die Struktur des durch thermische Reduktion hergestellten Graphens kann temperaturabhängig sein. Dies bedeutet, dass Graphen, welches durch thermische Desoxidation bei relativ niedrigen Temperaturen hergestellt wurde, eine andere Struktur als Graphen besitzt oder besitzen kann, das bei höheren Temperaturen hergestellt wurde. Demzufolge können sich derart hergestellte Graphen-Typen auch in ihren Eigenschaften voneinander unterscheiden.The structure of the graphene produced by thermal reduction may be temperature dependent. This means that graphene made by thermal deoxidization at relatively low temperatures may or may not have a structure other than graphene made at higher temperatures. Consequently, graph types produced in this way can also differ from each other in their properties.

Sollen wässrige Dispersionen hergestellt werden, ist eine Reduktionstemperatur im Bereich von 350 bis 800°C bevorzugt, mehr bevorzugt von 350 bis 700°C, weiter bevorzugt von 350 bis 600°C, und mehr bevorzugt von 350 bis 500°C oder 350 bis 450°C.If aqueous dispersions are to be prepared, a reduction temperature in the range of 350 to 800 ° C is preferred, more preferably 350 to 700 ° C, more preferably 350 to 600 ° C, and more preferably 350 to 500 ° C or 350 to 450 ° C.

Der Begriff „Gemisch” in Stufe (i) bedeutet, dass Graphen und die Flüssigkeit als Dispersion vorliegen, wobei der Begriff „Dispersion” die oben genannte Bedeutung hat. Ein derartiges Gemisch ist noch keine stabile Suspension. Es kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden durch Zusammenfügen der Komponenten Graphen und Flüssigkeit, wobei die Vermischung durch Rühren oder Schütteln unterstützt werden kann. Die Suspensionsbildung kann auch unter Einwirkung von Ultraschall erfolgen.The term "mixture" in step (i) means that graphene and the liquid are present as a dispersion, the term "dispersion" having the abovementioned meaning. Such a mixture is not yet a stable suspension. It can be prepared by known methods by combining the components graphene and Liquid, wherein the mixing can be assisted by stirring or shaking. The suspension formation can also take place under the action of ultrasound.

Die Konzentration an Graphen in der Flüssigkeit in Stufe (i) kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Bevorzugt ist ein Konzentrationsbereich von 0,001 Gew.-% bis 50 Gew.-% Graphen in der Flüssigkeit bezogen auf die Gesamtmenge an Graphen und Flüssigkeit.The concentration of graphene in the liquid in step (i) can vary within wide limits. Preferred is a concentration range of 0.001 wt .-% to 50 wt .-% graphene in the liquid based on the total amount of graphene and liquid.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Konzentrationsbereich an Graphen in der Flüssigkeit in Stufe (i) 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,001 Gew.-% bis 5 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,001 Gew.-% bis 1 Gew.-%.In a further embodiment, the concentration range of graphene in the liquid in step (i) is from 0.001% to 10%, more preferably from 0.001% to 5%, even more preferably 0.001% by weight. % to 1% by weight.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Konzentrationsbereich an Graphen in der Flüssigkeit in Stufe (ii) 0,001 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,001 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%.In a further embodiment, the concentration range of graphene in the liquid in step (ii) is from 0.001% to 0.1%, more preferably from 0.001% to 0.05% by weight.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Konzentrationsbereich an Graphen in der Flüssigkeit in Stufe (ii) 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,01 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%.In a further embodiment, the concentration range of graphene in the liquid in step (ii) is from 0.01% to 0.1% by weight, more preferably from 0.01% to 0.05% by weight. ,

Der Begriff „Flüssigkeit” umfasst protische wie auch aprotische Flüssigkeiten oder Lösungsmittel.The term "liquid" includes protic as well as aprotic liquids or solvents.

In einer Ausführungsform liegt der Siedepunkt der eingesetzten Flüssigkeit oder der eingesetzten Flüssigkeiten bei Normaldruck in einem Temperaturbereich von 20 bis 300°C.In one embodiment, the boiling point of the liquid used or the liquids used at normal pressure in a temperature range of 20 to 300 ° C.

In einer weiteren Ausführungsform kann eine Flüssigkeit eingesetzt werden, deren Siedepunkt bei Normaldruck 300°C und mehr beträgt. In einer Ausführungsform kann der Siedepunkt der eingesetzten Flüssigkeit oder der eingesetzten Flüssigkeiten bei Normaldruck in einem Temperaturbereich von 300 bis 400°C liegen.In a further embodiment, a liquid can be used whose boiling point at normal pressure is 300 ° C and more. In one embodiment, the boiling point of the liquid used or of the liquids used at normal pressure in a temperature range of 300 to 400 ° C.

In einer Ausführungsform, insbesondere für Drucktinten, werden Flüssigkeiten eingesetzt, die einen relativ niedrigen Siedepunkt aufweisen und sich bei Anwendungen der Dispersion daher relativ einfach aus dieser entfernen lassen, vorzugsweise durch Erwärmen oder durch Verdunsten.In one embodiment, in particular for printing inks, liquids are used which have a relatively low boiling point and can therefore be relatively easily removed from them in applications of the dispersion, preferably by heating or by evaporation.

In einer Ausführungsform liegt der Siedepunkt der Flüssigkeit bei Normaldruck in einem Temperaturbereich von 20 bis 210°C, vorzugsweise 30 bis 180°C. Derartige Flüssigkeiten weisen einen niedrigeren Siedepunkt als beispielsweise Propylencarbonat mit einem relativ hohen Siedepunkt von 242°C auf. Sie sind leichter als dieses bei Anwendungen aus der Dispersion zu entfernen, vorzugsweise durch Erwärmen. Dies verbessert ihre Eignung bei Anwendungen, beispielsweise bei der Anwendung für Beschichtungen, da eine derartige Flüssigkeit leichter aus der Beschichtung zu entfernen ist als beispielsweise Propylencarbonat.In one embodiment, the boiling point of the liquid at atmospheric pressure in a temperature range of 20 to 210 ° C, preferably 30 to 180 ° C. Such liquids have a lower boiling point than, for example, propylene carbonate having a relatively high boiling point of 242 ° C. They are easier to remove from the dispersion in applications, preferably by heating. This improves their suitability in applications, for example in the application for coatings, since such a liquid is easier to remove from the coating than, for example, propylene carbonate.

Bevorzugte protische Flüssigkeiten sind Wasser und aliphatische Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol oder Butanol wie 1-Butanol, 2-Butanol oder t-Butanol.Preferred protic liquids are water and aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol or butanol such as 1-butanol, 2-butanol or t-butanol.

Besonders bevorzugt ist Wasser.Particularly preferred is water.

Bevorzugte aprotische Flüssigkeiten sind Ketone wie Aceton, Methylethylketon, Diethylketon, Diisopropylketon; Amide wie Dimethylformamid; Nitrile wie Acetonitril oder Benzonitril; Sulfoxide wie Dimethylsulfoxid; Carbonate wie Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat; Weichmacher z. B. in Form von Phthalsäureestern wie Diisononylphthalat oder Fette und Öle.Preferred aprotic liquids are ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, diisopropyl ketone; Amides such as dimethylformamide; Nitriles such as acetonitrile or benzonitrile; Sulfoxides such as dimethylsulfoxide; Carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate; Plasticizer z. In the form of phthalic esters such as diisononyl phthalate or fats and oils.

In einer Ausführungsform können auch relativ hochsiedende Flüssigkeiten wie Ethylencarbonat, Sulfolan, N-Methylpyrrolidon oder Propylencarbonat verwendet werden.In one embodiment, relatively high boiling liquids such as ethylene carbonate, sulfolane, N-methylpyrrolidone or propylene carbonate may also be used.

Eine besonders bevorzugte aprotische Flüssigkeit ist Aceton.A particularly preferred aprotic liquid is acetone.

In einer weiteren Ausführungsform ist Propylencarbonat als aprotische Flüssigkeit ausgeschlossen. In einer weiteren Ausführungsform besteht die Flüssigkeit nicht aus Propylencarbonat.In another embodiment, propylene carbonate is excluded as aprotic liquid. In another embodiment, the liquid is not propylene carbonate.

Es können auch zwei oder mehrere der genannten Flüssigkeiten verwendet werden.It is also possible to use two or more of the liquids mentioned.

Die Konzentrationsgehalte an Graphen in der Dispersion, die nach Stufe (iii) erhalten wird, entsprechen den verwendeten Gehalten des Gemischs der Stufe (ii).Concentration levels of graphene in the dispersion obtained after step (iii) correspond to the contents of the mixture of step (ii) used.

Die Temperatur des Gemischs der Stufe (i), wie es in Stufe (ii) verwendet wird, kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. In einer Ausführungsform wird Stufe (ii) bei einer Temperatur von 10 bis 100°C durchgeführt, vorzugsweise 10 bis 90°C oder bei einer Temperatur von 15 bis 40°C, oder 20 bis 30°C.The temperature of the mixture of step (i) as used in step (ii) may vary within wide limits. In one embodiment, step (ii) is carried out at a temperature of 10 to 100 ° C, preferably 10 to 90 ° C or at a temperature of 15 to 40 ° C, or 20 to 30 ° C.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch der Stufe (i) in Stufe (ii) druckentspannt. Der Begriff „druckentspannt” bedeutet, dass der Druck auf der Auslassseite der Öffnung kleiner ist als auf der Zufuhrseite der Öffnung. Vorzugsweise wird auf der Auslassseite der Öffnung ein Druck von vorzugsweise 1 bis 10 bar eingestellt oder ausgebildet. In one embodiment of the process according to the invention, the mixture of stage (i) is depressurized in stage (ii). The term "depressurized" means that the pressure on the outlet side of the opening is smaller than on the supply side of the opening. Preferably, a pressure of preferably 1 to 10 bar is set or formed on the outlet side of the opening.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gemisch der Stufe (i) in Stufe (ii) derart durch die Öffnung geführt, dass zwischen der Zufuhrseite des Gemischs zur Öffnung und der Auslassseite der Öffnung ein Druckgradient ausgebildet wird, wobei der Druck auf der Auslassseite niedriger ist als auf der Zufuhrseite.In one embodiment of the method according to the invention, the mixture of stage (i) in step (ii) is passed through the opening such that a pressure gradient is formed between the feed side of the mixture to the opening and the outlet side of the opening, the pressure on the outlet side being lower is as on the feed side.

In einer Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch in Stufe (i) mit einem Druck von mehr als 100 bar beaufschlagt wird, oder dass die Druckdifferenz zwischen der Zufuhrseite der Öffnung und der Auslassseite der Öffnung größer als 100 bar ist.In one embodiment, the method is characterized in that the mixture in step (i) is subjected to a pressure of more than 100 bar, or that the pressure difference between the supply side of the opening and the outlet side of the opening is greater than 100 bar.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Druck größer als 500 bar, oder größer als 700 bar, oder größer als 900 bar, oder größer als 1.100 bar, oder größer als 1.300 bar, oder ist die Druckdifferenz zwischen der Zufuhrseite der Öffnung und der Auslassseite der Öffnung größer als 500 bar, oder größer als 700 bar, oder größer als 900 bar, oder größer als 1.100 bar, oder größer als 1.300 bar.In another embodiment, the pressure is greater than 500 bar, or greater than 700 bar, or greater than 900 bar, or greater than 1,100 bar, or greater than 1,300 bar, or is the pressure difference between the feed side of the opening and the outlet side of the opening greater than 500 bar, or greater than 700 bar, or greater than 900 bar, or greater than 1,100 bar, or greater than 1,300 bar.

Vorzugsweise beträgt die Obergrenze des Drucks 3.000 bar, mehr bevorzugt 2.000 bar, insbesondere 1.500 bar.The upper limit of the pressure is preferably 3,000 bar, more preferably 2,000 bar, in particular 1,500 bar.

Die Beaufschlagung mit Druck auf das Gemisch in Stufe (i) kann durch Aufpressen eines Gases erfolgen, vorzugsweise eines Inertgases. Inertgase sind vorzugsweise Stickstoff und Edelgase wie Helium oder Argon.The application of pressure to the mixture in step (i) can be effected by pressing on a gas, preferably an inert gas. Inert gases are preferably nitrogen and noble gases such as helium or argon.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Beaufschlagung mit Druck durch mechanische Vorrichtungen wie Pumpen oder Kolben erfolgen.In another embodiment, pressurization may be by mechanical means such as pumps or pistons.

In einer Ausführungsform wird das Gemisch in Schritt (ii) des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Pumpe kontinuierlich durch die Öffnung gepresst. In einer weiteren Ausführungsform wird das Gemisch unter hohem Druck von einem Kolben diskontinuierlich durch die Öffnung gepresst.In one embodiment, the mixture is continuously pressed through the opening in step (ii) of the method according to the invention with a pump. In another embodiment, the mixture is forced under high pressure by a piston discontinuously through the opening.

Demzufolge werden in einer Ausführungsform die Stufen (i) und (ii) parallel zueinander ausgeführt, während in einer weiteren Ausführungsform Stufe (ii) nach Stufe (i) ausgeführt wird.Accordingly, in one embodiment, stages (i) and (ii) are performed in parallel, while in another embodiment, stage (ii) is performed after stage (i).

In beiden Ausführungsformen wirken durch die plötzliche Entspannung des Gemischs hohe Scherkräfte und Gravitationseffekte auf das Gemisch ein. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein wird angenommen, dass diese die Dispergierung des Graphens im Lösungsmittel oder der Flüssigkeit bewirken.In both embodiments, the sudden release of the mixture causes high shear forces and gravitational effects on the mixture. Without wishing to be bound by theory, it is believed that these cause the dispersion of graphene in the solvent or liquid.

Vorrichtungen, mit denen eine Druckdifferenz zwischen der Zufuhrseite der Öffnung und der Auslassseite der Öffnung erzeugt werden können, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise können handelsübliche Hochdruck-Homogenisatoren verwendet werden.Devices with which a pressure difference between the supply side of the opening and the outlet side of the opening can be generated, are known from the prior art. For example, commercial high-pressure homogenizers can be used.

In einer Ausführungsform ist die Öffnung in Stufe (ii) als Öffnung einer Düse ausgebildet.In one embodiment, the opening in step (ii) is formed as an opening of a nozzle.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Öffnung als Spalt oder als Ringspalt ausgebildet.In a further embodiment, the opening is formed as a gap or as an annular gap.

Durch geeignete Dimensionierung der Öffnung in Stufe (ii) bzw. der Spaltbreite können die Druckdifferenzen zwischen Zufuhrseite und Ausfuhrseite erfindungsgemäß eingestellt werden. Diese Druckdifferenzen in Abhängigkeit von der Dimensionierung können durch Routineversuche ermittelt werden.By suitable dimensioning of the opening in step (ii) or the gap width, the pressure differences between the feed side and export side can be adjusted according to the invention. These pressure differences as a function of the dimensioning can be determined by routine tests.

In einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Öffnung bzw. die Breite des Spaltes 0,1 bis 2 mm, oder 0,1 bis 0,5 mm.In one embodiment, the diameter of the opening or the width of the gap is 0.1 to 2 mm, or 0.1 to 0.5 mm.

Falls die Flüssigkeit Wasser ist oder Wasser umfasst, wird in einer Ausführungsform des Verfahrens der pH-Wert des Gemischs der Stufe (i) oder der Dispersion erhalten nach Stufe (ii) auf einen Wert größer als 7 eingestellt, vorzugsweise größer als 8, weiter bevorzugt größer als 9. In einer Ausführungsform beträgt der pH-Wert 9 bis 10. In einer weiteren Ausführungsform kann auch ein pH-Wert von größer als 10 eingestellt werden.If the liquid is water or comprises water, in one embodiment of the process the pH of the mixture of step (i) or of the dispersion obtained after step (ii) is adjusted to a value greater than 7, preferably greater than 8, more preferably greater than 9. In one embodiment, the pH is 9 to 10. In another embodiment, a pH of greater than 10 may also be adjusted.

Ein pH-Wert größer als 7 wird vorzugsweise dann eingestellt, wenn in der Dispersion protische Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, als Flüssigkeit verwendet wird.A pH greater than 7 is preferably adjusted when protic liquids, preferably water, are used as the liquid in the dispersion.

Dazu kann das Gemisch mit basisch wirkenden Stoffen versetzt werden. Vorzugsweise werden Basen eingesetzt, die spätere Anwendungen der Dispersion nicht stören, da sie aus der Dispersion abdampfen können oder flüchtig sind.For this purpose, the mixture can be mixed with basic substances. It is preferred to use bases which do not interfere with subsequent applications of the dispersion since they can evaporate from the dispersion or are volatile.

In einer Ausführungsform werden Stickstoffbasen eingesetzt, die bereits bei Raumtemperatur flüchtig sind, oder die beim Erwärmen auf Temperaturen bis zu 100°C, vorzugsweise bis zu 80°C, mehr bevorzugt bis zu 50°C, flüchtig sind. Geeignete Verbindungen sind vorzugsweise Ammoniak oder flüchtige organische Amine. Flüchtige organische Amine sind vorzugsweise mit C1-C5-Alkyl substituierter Ammoniak, vorzugsweise Diethyl- und Triethylamin. Heterocyclische Amine wie Morpholin oder Piperidin können gleichfalls eingesetzt werden.In one embodiment, nitrogen bases are used which are already volatile at room temperature, or which are volatile when heated to temperatures up to 100 ° C, preferably up to 80 ° C, more preferably up to 50 ° C. Suitable compounds are preferably ammonia or volatile organic amines. Volatile organic amines are preferably C1-C5-alkyl-substituted ammonia, preferably diethyl and triethylamine. Heterocyclic amines such as morpholine or piperidine can also be used.

Ammoniak ist besonders bevorzugt. Es kann gasförmig oder auch in Form von Ammoniakwasser verwendet werden.Ammonia is particularly preferred. It can be used in gaseous form or also in the form of ammonia water.

In einer weiteren Ausführungsform können als basisch wirkende Stoffe die Hydroxide der Alkalimetalle oder der Erdalkalimetalle eingesetzt werden. Geeignete Verbindungen sind vorzugsweise Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid. In a further embodiment, the hydroxides of the alkali metals or the alkaline earth metals can be used as basic substances. Suitable compounds are preferably sodium hydroxide or potassium hydroxide.

Diese basische Behandlung bewirkt auch, dass im Graphen vorhandene Carboxylgruppen und/oder phenolische Hydroxylgruppen entweder vollständig oder teilweise deprotoniert werden, also als Carboxylat- bzw. Phenolatgruppen vorliegen.This basic treatment also causes existing in the graphene carboxyl groups and / or phenolic hydroxyl groups are either completely or partially deprotonated, ie present as carboxylate or phenate groups.

Andererseits kann in einer Ausführungsform bei Verwendung von aprotischen Lösungsmitteln als Flüssigkeit auch ein pH-Wert eingestellt werden, der bei 7 oder auch darunter liegt.On the other hand, in one embodiment, when aprotic solvents are used as the liquid, it is also possible to set a pH which is 7 or less.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass in einer erfindungsgemäß hergestellten Dispersion von Graphen in der Flüssigkeit bereits ohne Zusatz von Stabilisatoren, also beispielsweise ohne Zusatz von Bindemitteln und/oder Tensiden, eine Agglomeration und/oder Flokkulation des Graphens bzw. der Kohlenstoffschichten verhindert werden kann. Damit ist die erfindungsgemäß hergestellte Dispersion auch ohne den Zusatz eines Stabilisators, beispielsweise eines Bindemittels und/oder Tensids stabil.It has surprisingly been found that agglomeration and / or flocculation of the graphene or of the carbon layers can be prevented in a dispersion of graphene in the liquid prepared according to the invention without the addition of stabilizers, ie without the addition of binders and / or surfactants. Thus, the dispersion prepared according to the invention is stable even without the addition of a stabilizer, for example a binder and / or surfactant.

In einer Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es in Abwesenheit von Substanzen durchgeführt wird, die eine Agglomeration oder Flokkulation des Graphens verhindern. Somit enthält die Dispersion keinen Stabilisator für die Dispersion, also beispielsweise weder ein Bindemittel noch ein Tensid.In one embodiment, the method is characterized in that it is carried out in the absence of substances which prevent agglomeration or flocculation of the graphene. Thus, the dispersion contains no stabilizer for the dispersion, so for example, neither a binder nor a surfactant.

Die Begriffe „Agglomeration” und „Flokkulation” werden synonym verwendet. Sie bedeuten das Zusammenballen von Graphenschichten derart, dass diese aus der Dispersion ausfallen, beispielsweise in Form eines Niederschlags.The terms "agglomeration" and "flocculation" are used synonymously. They mean the aggregation of graphene layers such that they precipitate out of the dispersion, for example in the form of a precipitate.

Der Begriff „Bindemittel” umfasst Polymere, vorzugsweise wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Polymere wie Cellulosederivate, Polyvinylalkohol, Phenolharze, Polyvinylpyrrolidon, und ähnliche Substanzen.The term "binder" encompasses polymers, preferably water-soluble or water-dispersible polymers such as cellulose derivatives, polyvinyl alcohol, phenolic resins, polyvinylpyrrolidone, and similar substances.

Der Begriff „Tenside” umfasst Substanzen, die die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit oder die Grenzflächenspannung zwischen der festen Graphenphase und dem Wasser herabsetzen und die Bildung der Dispersion ermöglichen oder unterstützen bzw. als Lösungsvermittler wirken.The term "surfactants" encompasses substances which reduce the surface tension of a liquid or the interfacial tension between the solid graphene phase and the water and enable or assist the formation of the dispersion or act as solubilizers.

Bindemittel und Tenside, die üblicherweise zur Stabilisierung von Dispersionen verwendet werden sind dem Fachmann geläufig. Die Eignung bzw. Nichteignung derselben als Stabilisator für eine wässrige Graphendispersion ist zudem durch Routineexperimente feststellbar.Binders and surfactants commonly used to stabilize dispersions are known to those skilled in the art. The suitability or unsuitability thereof as a stabilizer for an aqueous graphite dispersion can also be determined by routine experiments.

Der Begriff „Bindemittel und/oder Tenside” wird somit auch definiert in der Bedeutung von „”Amphiphilen, die die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen herabsetzen und/oder ein mittleres Molekulargewicht Mw von 500–5.000.000 g/Mol, vorzugsweise von 600 bis 3.000.000 g/Mol, weiter bevorzugt von 1.000–1.000.000 g/Mol aufweisen”. Dabei bedeutet der Begriff „Amphiphil”, dass das Molekül hydrophile (z. B. polare Hydroxylgruppen oder ionische Carboxylat-Gruppen) und hydrophobe Gruppen besitzt. Die Mw-Werte können beispielsweise über Gelpermeationschromatographie ermittelt werden.The term "binders and / or surfactants" is thus also defined as meaning "amphiphiles" which reduce the interfacial tension between two phases and / or an average molecular weight Mw of 500-5,000,000 g / mol, preferably from 600 to 3,000 .000 g / mol, more preferably from 1,000 to 1,000,000 g / mol ". The term "amphiphile" means that the molecule has hydrophilic (eg, polar hydroxyl groups or ionic carboxylate groups) and hydrophobic groups. The Mw values can be determined, for example, by gel permeation chromatography.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Dispersion bestehend aus oder umfassend Graphen und eine Flüssigkeit.A second aspect of the invention relates to a dispersion consisting of or comprising graphene and a liquid.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Dispersion bestehend aus oder umfassend Graphen und eine Flüssigkeit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.In one embodiment, the invention relates to a dispersion consisting of or comprising graphene and a liquid which is characterized in that it is prepared by the process according to the invention.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Dispersion bestehend aus Graphen und einer Flüssigkeit oder eine Dispersion umfassend Graphen und eine Flüssigkeit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, mit der Maßgabe, dass das Graphen keinen Stickstoff enthält und die Flüssigkeit nicht aus Propylencarbonat besteht.In one embodiment, the invention relates to a dispersion consisting of graphene and a liquid or a dispersion comprising graphene and a liquid which is characterized in that it is produced by the process according to the invention, with the proviso that the graphene contains no nitrogen and the liquid not made of propylene carbonate.

In einer Ausführungsform ist die nach Stufe (ii) erhaltene Dispersion umfassend Graphen und eine Flüssigkeit oder bestehend aus Graphen und einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, wobei sie keine Substanzen enthält, die eine Agglomeration oder Flokkulation des Graphens verhindern.In one embodiment, the dispersion obtained according to step (ii) comprising graphene and a liquid or consisting of graphene and a liquid, characterized in that it is prepared by the process according to the invention, wherein it contains no substances that agglomeration or flocculation of graphene prevent.

In einer Ausführungsform besteht die nach Stufe (ii) erhaltene Dispersion von Graphen in der Flüssigkeit aus Graphen und der Flüssigkeit, wobei im Graphen enthaltene Carboxylgruppen und/oder die phenolischen Hydroxylgruppen in neutralisierter oder deprotonierter Form vorliegen können.In one embodiment, the dispersion of graphene in the liquid obtained according to step (ii) consists of graphene and the liquid, wherein carboxyl groups present in the graphene and / or the phenolic hydroxyl groups may be present in neutralized or deprotonated form.

In einer Ausführungsform besteht die nach Stufe (ii) erhaltene Dispersion aus Graphen und der Flüssigkeit, wobei im Graphen enthaltene Carboxylgruppen in neutralisierter Form vorliegen können, und wobei das Graphen keinen Stickstoff enthält.In one embodiment, the dispersion obtained after step (ii) consists of graphene and the liquid, wherein carboxyl groups contained in the graphene may be in neutralized form, and wherein the graphene contains no nitrogen.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Dispersion bestehend aus Graphen und einer Flüssigkeit oder eine Dispersion umfassend Graphen und eine Flüssigkeit, wobei im Graphen enthaltene Carboxylgruppen oder phenolische OH-Gruppen in neutralisierter oder deprotonierter Form vorliegen können, mit der Maßgabe, dass das Graphen keinen Stickstoff enthält und die Flüssigkeit nicht aus Propylencarbonat besteht.In one embodiment, the invention relates to a dispersion consisting of graphene and a liquid or a dispersion comprising graphene and a liquid, wherein in the graph contained carboxyl groups or phenolic OH groups may be present in neutralized or deprotonated form, with the proviso that the graph contains no nitrogen and the liquid does not consist of propylene carbonate.

In einer Ausführungsform besteht die Flüssigkeit aus Wasser oder enthält Wasser.In one embodiment, the liquid is water or contains water.

In einer Ausführungsform besteht die Flüssigkeit aus Isopropanol oder enthält Isopropanol.In one embodiment, the liquid is isopropanol or contains isopropanol.

In einer weiteren Ausführungsform besteht die Flüssigkeit aus Aceton oder enthält Aceton.In another embodiment, the liquid is acetone or contains acetone.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Dispersion bestehend aus Graphen und einer Flüssigkeit bestehend aus Wasser oder umfassend Wasser, oder eine Dispersion umfassend Graphen und eine Flüssigkeit bestehend aus Wasser oder umfassend Wasser, wobei im Graphen enthaltene Carboxylgruppen in neutralisierter Form vorliegen können, mit der Maßgabe, dass das Graphen keinen Stickstoff enthält.In one embodiment, the invention relates to a dispersion consisting of graphene and a liquid consisting of water or comprising water, or a dispersion comprising graphene and a liquid consisting of water or comprising water, wherein carboxyl groups present in the graphene may be present in neutralized form, with the proviso in that the graph contains no nitrogen.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Dispersion bestehend aus Graphen und einer Flüssigkeit bestehend aus Aceton oder umfassend Aceton, oder eine Dispersion umfassend Graphen und eine Flüssigkeit bestehend aus Aceton oder umfassend Aceton, mit der Maßgabe, dass das Graphen keinen Stickstoff enthält.In a further embodiment, the invention relates to a dispersion consisting of graphene and a liquid consisting of acetone or comprising acetone, or a dispersion comprising graphene and a liquid consisting of acetone or comprising acetone, with the proviso that the graph contains no nitrogen.

Die Abwesenheit von Substanzen wie Bindemitteln oder Tensiden in der erfindungsgemäßen Dispersion macht diese wertvoll insbesondere für elektronische bzw. elektrische Anwendungen, da Fremdstoffe in der Dispersion fehlen, die diese Anwendung negativ beeinträchtigen könnten.The absence of substances such as binders or surfactants in the dispersion according to the invention renders them valuable, in particular for electronic or electrical applications, since there are no foreign substances in the dispersion which could adversely affect this application.

In einer Ausführungsform können der Dispersion für Anwendungen, vorzugsweise für Anwendungen wie nachstehend beschrieben, Substanzen zugesetzt werden, welche die Leitfähigkeit derselben verstärken. Derartige Substanzen sind vorzugsweise metallische Nanopartikel oder Kohlenstoffnanotubes. Die Zugabe von Metallsalzen, vorzugsweise für katalytische Anwendungen, ist gleichfalls möglich.In one embodiment, substances may be added to the dispersion for applications, preferably for applications as described below, which enhance the conductivity thereof. Such substances are preferably metallic nanoparticles or Kohlenstoffnanotubes. The addition of metal salts, preferably for catalytic applications, is also possible.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Herstellung von Kompositen, welche Graphen aufweisen oder umfassen.A third aspect of the invention relates to the preparation of composites comprising or comprising graphene.

Der Begriff „Komposit” bedeutet einen Verbundwerkstoff aus mindestens einem Substrat, das mit Graphen verbunden ist, oder das Graphen umfasst oder aufweist.The term "composite" means a composite of at least one substrate associated with graphene or comprising or having graphene.

Die Herstellung eines Komposits, welches ein Substrat und Graphen umfasst, kann in einfacher Weise durch Kontaktieren des Substrats mit der erfindungsgemäßen Graphendispersion erfolgen. Nach Verdunsten des Lösungsmittels bleibt Graphen auf der Oberfläche des Gegenstands zurück. Gegebenenfalls kann Graphen, sofern das Substrat über Poren verfügt, auch im Inneren des Substrats eingelagert werden. Das Verdunsten des Lösungsmittels kann gegebenenfalls durch Einwirken von Wärme beschleunigt werden.The preparation of a composite comprising a substrate and graphene can be carried out in a simple manner by contacting the substrate with the inventive graphite dispersion. After evaporation of the solvent, graphene remains on the surface of the article. Optionally, if the substrate has pores, graphene may also be incorporated in the interior of the substrate. The evaporation of the solvent may optionally be accelerated by the action of heat.

In einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung eines Komposits umfassend ein Substrat und Graphen dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt (i) umfasst:

  • (i) Kontaktieren des Substrats mit der erfindungsgemäßen Dispersion.
In an embodiment, the method for producing a composite comprising a substrate and graphene is characterized in that it comprises the step (i):
  • (i) contacting the substrate with the dispersion of the invention.

Der Begriff „Substrat” bedeutet ein beliebiges Material. Es kann eine beliebige Form aufweisen.The term "substrate" means any material. It can have any shape.

In Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung kann das Substrat ein Feststoff oder auch ein Fluid sein.Depending on the intended application, the substrate may be a solid or even a fluid.

In einer Ausführungsform ist der Feststoff ausgewählt aus der Gruppe: Papier, Kunststoff, Metall, Holz, Keramik, Glas.In one embodiment, the solid is selected from the group: paper, plastic, metal, wood, ceramics, glass.

Papier als Substrat ist besonders bevorzugt. Der Begriff „Papier” umfasst alle Produkte basierend auf Cellulose, die zum Beschreiben oder zum Verpacken geeignet sind, also auch Pappe.Paper as a substrate is particularly preferred. The term "paper" includes all products based on cellulose, which are suitable for writing or packaging, including cardboard.

Der Begriff „Kunststoff” umfasst organische Polymere wie beispielsweise Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyester, Polystyrol, Phenolharze, Polyamid, und/oder Glasfasern.The term "plastic" includes organic polymers such as polyethylene, polyethylene terephthalate, polyesters, polystyrene, phenolic resins, polyamide, and / or glass fibers.

Der Begriff „Keramik” umfasst sowohl künstliche Keramiken wie auch Stein.The term "ceramic" includes both artificial ceramics and stone.

In einer Ausführungsform liegt der Feststoff in Folienform vor. Folien können vorzugsweise aus Kunststoffen oder aus Keramik gebildet werden.In one embodiment, the solid is in film form. Films may preferably be formed from plastics or ceramics.

In einer weiteren Ausführungsform liegt der Feststoff als Faser vor. Die Fasern können auch in Form eines Vlieses vorliegen.In another embodiment, the solid is present as a fiber. The fibers may also be in the form of a nonwoven.

Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Dispersion auf den Feststoff kann durch Verfahren bewerkstelligt werden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.The application of the dispersion of the invention to the solid can be accomplished by methods known in the art.

Geeignete Verfahren sind vorzugsweise Druckverfahren, d. h. Verfahren, mit denen die Dispersion vorzugsweise mittels einer Druckform auf die Oberfläche des Gegenstands aufgebracht wird. Vorzugsweise kann als Druckverfahren das Offsetdruck-, Tiefdruck- oder Flexodruckverfahren eingesetzt werden.Suitable methods are preferably printing methods, ie methods by which the dispersion is preferably applied to the surface of the article by means of a printing plate. Preferably, as the printing process, the Offset printing, gravure or flexographic printing can be used.

In einer Ausführungsform kann als Druckverfahren auch ein Ink-Jet-Druckverfahren eingesetzt werden.In one embodiment, as the printing method, an ink-jet printing method can be used.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Dispersion auch mittels einer Vorrichtung mit dem Substrat kontaktiert werden, mit der die Herstellung dreidimensionaler Gegenstände möglich ist. Die Technologie eines 3D-Plotters sowie die Herstellung dreidimensionaler Objekte über das 3D-Plotting sind beispielsweise beschrieben in WO 01/78968 und von R. Landers, U. Hübner, R. Schmelzeisen, R. Mülhaupt, Biomaterials 23 (2002) 4437–4447 . Dieses Verfahren sieht vor, dass ein Material aus einem dreidimensional bewegbaren Dispenser auf ein weiteres Material aufgebracht oder in dieses eingebracht wird.In a further embodiment, the dispersion can also be contacted to the substrate by means of a device with which the production of three-dimensional objects is possible. The technology of a 3D plotter and the production of three-dimensional objects via 3D plotting are described, for example, in US Pat WO 01/78968 and from R. Landers, U. Hübner, R. Schmelzeisen, R. Mülhaupt, Biomaterials 23 (2002) 4437-4447 , This method provides that a material from a three-dimensionally movable dispenser is applied to another material or introduced into this.

Im Vergleich zum Ink-Jet-Printing, welches bevorzugt mit Dispersionen relativ niedriger Viskosität von ca. 25 mPa·s arbeitet, lassen sich mit diesem Verfahren Graphendispersionen sowohl hoher wie auch niedriger Viskosität verdrucken. Beispielsweise können Pasten mit einer Viskosität bis zu 1.000 Pa·s verarbeitet werden. Die gedruckten Schichten können nach einem Druckschritt bereits eine Dicke von ca. 10 μm aufweisen, während im Inkjet-Verfahren im Allgemeinen lediglich Schichtdicken im Bereich von 300 nm erzielt werden. Die Auflösung des 3D-Plottens liegt i. A. im Bereich von 100 μm bis 2.000 μm.Compared to ink-jet printing, which preferably works with dispersions of relatively low viscosity of about 25 mPa · s, graphite dispersions of both high and low viscosity can be printed with this method. For example, pastes having a viscosity of up to 1,000 Pa · s can be processed. The printed layers may already have a thickness of about 10 μm after a printing step, while in the inkjet process generally only layer thicknesses in the range of 300 nm are achieved. The resolution of the 3D plot is i. A. in the range of 100 microns to 2,000 microns.

Die durch Kontaktieren aufgebrachten oder gedruckten Schichten weisen i. A. eine spezifische Leitfähigkeit im Bereich von 10 S/cm auf, die auch bei wiederholtem Biegen des Komposits, vorzugsweise eines Komposits, welches als Substrat vorzugsweise Papier oder Folie umfasst, erhalten bleibt.The applied by contacting or printed layers have i. A. a specific conductivity in the range of 10 S / cm, which is retained even with repeated bending of the composite, preferably a composite, which preferably comprises paper or film as a substrate.

In einer weiteren Ausführungsform können der erfindungsgemäßen Dispersion oder der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dispersion Substanzen zugesetzt werden, welche die elektrische Leitfähigkeit verbessern.In a further embodiment, substances which improve the electrical conductivity can be added to the dispersion according to the invention or to the dispersion prepared by a process according to the invention.

In einer Ausführungsform werden Metallnanopartikel zugesetzt. Geeignete Metallnanopartikel sind beispielsweise Nanopartikel aus Gold oder Silber oder Eisen. Derartige Nanopartikel sind aus dem Stand der Technik bekannt.In one embodiment, metal nanoparticles are added. Suitable metal nanoparticles are, for example, nanoparticles of gold or silver or iron. Such nanoparticles are known from the prior art.

In einer weiteren Ausführungsform können Kohlenstoffpartikel in Form von Nanoröhrchen, auch als Kohlenstoffnanotubes bezeichnet, zugesetzt werden, die gleichfalls die elektrische Leitfähigkeit erhöhen können. Derartige Partikel sind aus dem Stand der Technik bekannt.In a further embodiment, carbon particles in the form of nanotubes, also referred to as carbon nanotubes, can be added, which can likewise increase the electrical conductivity. Such particles are known in the art.

In einer weiteren Ausführungsform können der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dispersion oder der erfindungsgemäßen Dispersion Metallsalze zugesetzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, nach dem Kontaktieren auf dem Substrat katalytisch aktive Metallpartikel zu erzeugen, vorzugsweise durch chemische oder thermische Reduktion. In einer Ausführungsform wird das kontaktierte Substrat über den Zersetzungspunkt des Metallsalzes hinaus erhitzt. In einer Ausführungsform können auf diese Weise über das Kontaktieren, vorzugsweise über das Bedrucken des Substrats, Festbett-Trägerkatalysatoren hergestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, mehrere unterschiedliche erfindungsgemäße Graphendispersionen nebeneinander oder übereinander auf ein Substrat aufzubringen, vorzugsweise durch Bedrucken, vorzugsweise über die 3D-Technologie, wobei Mehrzentrenkatalysatoren entstehen.In a further embodiment, metal salts can be added to the dispersion or the dispersion according to the invention prepared by the process according to the invention. In this way, it is possible to produce catalytically active metal particles after contacting on the substrate, preferably by chemical or thermal reduction. In one embodiment, the contacted substrate is heated above the decomposition point of the metal salt. In one embodiment, fixed-bed supported catalysts can be prepared in this manner by contacting, preferably by printing on the substrate. In a further embodiment, it is possible to apply a plurality of different graphite dispersions according to the invention side by side or one above the other onto a substrate, preferably by printing, preferably by 3D technology, whereby multicenter catalysts are formed.

In einer Ausführungsform werden der erfindungsgemäßen Dispersion oder der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dispersion ein oder mehrere Eisensalze zugesetzt, vorzugsweise ausgewählt aus Eisennitrat oder Eisenacetat.In one embodiment, one or more iron salts, preferably selected from iron nitrate or iron acetate, are added to the dispersion according to the invention or to the dispersion prepared by the process according to the invention.

In einer Ausführungsform ist das Substrat eine Keramik, welche mit der erfindungsgemäßen Dispersion oder der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dispersion kontaktiert wird, welche ein Eisensalz oder Eisensalze enthält. Nach Erhitzen des Komposits, wobei die Eisensalze zu Eisenpartikel reduziert werden, kann ein derartiges Komposit als Katalysator verwendet werden, beispielsweise zur katalytischen Polymerisation von Ethylen.In one embodiment, the substrate is a ceramic which is contacted with the dispersion according to the invention or the dispersion prepared by the process according to the invention which contains an iron salt or iron salts. After heating the composite, reducing the iron salts to iron particles, such a composite can be used as a catalyst, for example for the catalytic polymerization of ethylene.

In einer Ausführungsform ist es möglich, die gedruckte und/oder die über das Kontaktieren erzeugte Graphenschicht oder Graphenschichten der Komposite direkt nach dem Trocknen mit einem geeigneten Polymer zu verkapseln, vorzugsweise mit Silikon. Auf diese Weise ist es möglich, sogenannte „Encapsulated Electronics” (verkapselte Elektronik) herzustellen. Diese weisen vorzugsweise eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit auf.In one embodiment, it is possible to encapsulate the printed and / or graphene layers or graphene layers of the composites produced by the contacting directly after drying with a suitable polymer, preferably with silicone. In this way it is possible to produce so-called encapsulated electronics. These preferably have a high mechanical strength.

In einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung eines Komposits dadurch gekennzeichnet, dass es nach Schritt (i) den Schritt (ii) umfasst:

  • (ii) Verkapseln des mit der Dispersion kontaktierten Substrats mit Silikon.
In an embodiment, the method for producing a composite is characterized in that after step (i) it comprises step (ii):
  • (ii) Encapsulating the substrate contacted with the dispersion with silicone.

In einer weiteren Ausführungsform können auf das erfindungsgemäße Komposit oder auf das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Komposit Zellen aufgebracht werden, beispielweise tierische oder pflanzliche Zellen. Ein derart mit Zellen besiedeltes Komposit kann als Nervenbahn verwendet werden.In a further embodiment, cells can be applied to the composite according to the invention or to the composite prepared by the process according to the invention, for example animal or plant cells. Such a cell-populated composite can be used as a nerve tract.

In einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung eines Komposits dadurch gekennzeichnet, dass es nach Schritt (i) den Schritt (iii) umfasst:

  • (iii) Besiedeln des mit der Dispersion kontaktierten Substrats mit menschlichen, tierischen oder pflanzlichen Zellen.
In an embodiment, the method for producing a composite is characterized in that after step (i) it comprises step (iii):
  • (iii) colonizing the substrate contacted with the dispersion with human, animal or plant cells.

Weitere geeignete Kontaktierverfahren außer Druckverfahren sind vorzugsweise die bekannten Sprüh-, Tauch- oder Walzverfahren. Demzufolge kann die Dispersion auf die Oberfläche des zu kontaktierenden Substrats gesprüht, das zu kontaktierende Substrat in die Dispersion getaucht oder mittels einer Walze auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden. Bürstverfahren, also das Aufbringen mittels einer Bürste oder eines Pinsels, sind gleichfalls möglich.Other suitable contacting methods other than printing methods are preferably the known spraying, dipping or rolling methods. Accordingly, the dispersion can be sprayed onto the surface of the substrate to be contacted, the substrate to be contacted dipped into the dispersion or applied by means of a roller to the surface of the substrate. Brushing, so the application by means of a brush or a brush, are also possible.

Das Aufbringen von Graphen aus der erfindungsgemäßen Dispersion auf Papier kann auch durch das bekannte Verfahren der Vakuumfiltration erfolgen.The application of graphene from the dispersion according to the invention to paper can also be carried out by the known method of vacuum filtration.

In einer Ausführungsform kann das Aufbringen mehrmals wiederholt werden, d. h. es können mehrere Schichten von Graphen auf das Substrat aufgebracht werden oder nebeneinander aufgebracht werden.In one embodiment, the application may be repeated several times, i. H. several layers of graphene can be applied to the substrate or applied side by side.

Neben festen Substraten können auch Fluide mit der erfindungsgemäßen Dispersion kontaktiert werden, d. h. vermischt werden. In einer Ausführungsform ist das Fluid eine Dispersion eines Stoffes oder eine Lösung des Stoffes, vorzugsweise eine Dispersion eines Stoffes in Wasser oder eine Lösung des Stoffes in Wasser. Geeignete Dispersionen sind vorzugsweise wässrige Kunststoffdispersionen oder wässrige Kunststofflösungen. Beispiele für geeignete Kunststoffe sind organische Polymere wie beispielsweise Acrylate, Polyester, Polyvinylalkohol.In addition to solid substrates and fluids can be contacted with the dispersion of the invention, d. H. be mixed. In one embodiment, the fluid is a dispersion of a substance or a solution of the substance, preferably a dispersion of a substance in water or a solution of the substance in water. Suitable dispersions are preferably aqueous plastic dispersions or aqueous plastic solutions. Examples of suitable plastics are organic polymers such as, for example, acrylates, polyesters, polyvinyl alcohol.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung eines Komposits dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Dispersion oder die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dispersion durch Dosieren aus einem dreidimensional bewegbaren Dispenser mit dem Substrat kontaktiert wird. Dabei können auch Extrusion oder Versprühen benutzt werden.In a preferred embodiment, the method for producing a composite is characterized in that the dispersion according to the invention or the dispersion prepared by the process according to the invention is contacted with the substrate by metering from a three-dimensionally movable dispenser. In this case, extrusion or spraying can be used.

Der Begriff „Dispenser” bedeutet eine Abgabevorrichtung für die Dispersion.The term "dispenser" means a dispenser for the dispersion.

In einer Ausführungsform erfolgt das Kontaktieren über die oben definierte 3D-Technologie, vorzugsweise mit einem 3D-Plotter. In einer anderen Ausführungsform auch über Sprühverfahren, z. B. „Paint-jet” oder „Airbrush” Verfahren.In one embodiment, the contacting takes place via the above-defined 3D technology, preferably with a 3D plotter. In another embodiment, also by spraying, z. As "paint-jet" or "airbrush" method.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Komposite sind elektrisch leitfähig. In einer Ausführungsform sind sie auch wärmeleitfähig.The composites produced by the process according to the invention are electrically conductive. In one embodiment, they are also thermally conductive.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Komposit umfassend ein Substrat und Graphen. Dieses Komposit ist dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren hergestellt wird, welches das Kontaktieren des Substrats mit der erfindungsgemäßen Dispersion vorsieht oder mit einer Dispersion, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.A fourth aspect of the invention relates to a composite comprising a substrate and graphene. This composite is characterized in that it is produced by a process which provides for contacting the substrate with the dispersion according to the invention or with a dispersion prepared by the process according to the invention.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Komposit umfassend ein Substrat und Graphen, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Kontaktieren des Substrats mit der erfindungsgemäßen Dispersion hergestellt wird.In one embodiment, the invention relates to a composite comprising a substrate and graphene, characterized in that it is produced by contacting the substrate with the dispersion according to the invention.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Komposit umfassend ein Substrat und Graphen, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Kontaktieren des Substrats mit der erfindungsgemäßen Dispersion hergestellt wird. Dadurch bildet sich eine Graphenschicht auf dem Substrat. In einer Ausführungsform ist das Substrat Papier oder umfasst Papier. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass auf eine thermische und/oder eine chemische Nachbehandlung der gedruckten Schichten verzichtet werden kann. Dadurch können insbesondere auch thermisch und/oder chemisch empfindlichere Substrate, z. B. Papier, bedruckt werden.In one embodiment, the invention relates to a composite comprising a substrate and graphene, characterized in that it is produced by contacting the substrate with the dispersion according to the invention. As a result, a graphene layer forms on the substrate. In one embodiment, the substrate is paper or comprises paper. An advantage of the method according to the invention is that thermal and / or chemical aftertreatment of the printed layers can be dispensed with. As a result, especially thermally and / or chemically sensitive substrates, for. As paper to be printed.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein als Multischicht-System aufgebautes Komposit in dem sich aus der erfindungsmäße Dispersion gebildete Graphenschichten mit gleichen oder unterschiedlichen Substraten kontinuierlich abwechseln.In one embodiment, the invention relates to a composite constructed as a multilayer system in which graphene layers formed from the dispersion according to the invention alternate continuously with identical or different substrates.

Ferner ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine derartige Graphenschicht herzustellen, ohne dass die fertige Graphenschicht an ein Substrat gebunden ist wie oben definiert, z. B. in Form einer Graphenfolie. In dieser Ausführungsform ist dann Graphen gleichzeitig auch das Substrat.Furthermore, it is also possible within the scope of the invention to produce such a graphene layer without the finished graphene layer being bound to a substrate as defined above, e.g. B. in the form of a graphene sheet. In this embodiment, graphene is also the substrate at the same time.

Die erfindungsgemäße Dispersion bzw. die daraus hergestellten Komposite ermöglichen eine Vielzahl von Verwendungs- und Anwendungsmöglichkeiten.The dispersion according to the invention or the composites produced therefrom allow a multiplicity of possible uses and applications.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft Verwendungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Dispersion bzw. daraus hergestellter Komposite.A fifth aspect of the invention relates to possible uses and applications of the dispersion or composites made therefrom.

In einer Verwendung wird die erfindungsgemäße Dispersion zur Beschichtung von Oberflächen eines Substrats verwendet.In one use, the dispersion of the invention is used to coat surfaces of a substrate.

Die erfindungsgemäße Dispersion kann gedruckt werden, was zu flexiblen, elektrisch leitfähigen Schichten auf einer Vielzahl von Substraten, unter anderem auch auf Papier, führt. Dies eröffnet in einer weiteren Ausführungsform die Möglichkeit der Verwendung als Druckfarbe oder zur Herstellung einer Druckfarbe. The dispersion of the invention can be printed, resulting in flexible, electrically conductive layers on a variety of substrates, including on paper. This opens in a further embodiment, the possibility of use as a printing ink or for the production of an ink.

Dem gemäß kann die Dispersion dazu verwendet werden, Komposite herzustellen, die den elektrischen Strom leiten.Accordingly, the dispersion can be used to make composites that conduct the electrical current.

Es können leitfähige Komposite hergestellt werden analog zu Kompositen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.Conductive composites can be prepared analogous to composites known in the art.

In einer Ausführungsform ist das Komposit eine Elektrode, vorzugsweise eine Elektrode für Brennstoffzellen, Lithium-Ionen-Batterien, Kondensatoren, und/oder Doppelschichtkondensatoren. Letztere können vorzugsweise durch Bedrucken einer Folie oder Papier mit der erfindungsgemäßen Dispersion hergestellt werden, wobei auf die erzeugte Graphenschicht ein dünner Polymerfilm aufgebracht wird, vorzugsweise durch Bedrucken, auf den dann seinerseits eine weitere Graphenschicht aufgebracht wird vorzugsweise durch Bedrucken mit der erfindungsgemäßen Dispersion.In one embodiment, the composite is an electrode, preferably an electrode for fuel cells, lithium-ion batteries, capacitors, and / or double-layer capacitors. The latter can preferably be produced by printing on a film or paper with the dispersion according to the invention, wherein a thin polymer film is applied to the graphene layer produced, preferably by printing, onto which in turn a further graphene layer is applied, preferably by printing with the dispersion according to the invention.

Vorzugsweise kann die Elektrode aus Folien hergestellt werden. Geeignete Folien sind vorzugsweise Kunststofffolien und/oder Keramikfolien auf welche eine erfindungsgemäße Graphendispersion oder eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Graphendispersion aufgebracht wird.Preferably, the electrode can be made of films. Suitable films are preferably plastic films and / or ceramic films to which a graphite dispersion according to the invention or a graphite dispersion prepared by the process according to the invention is applied.

Die Folien bzw. Elektroden können auch mit Separatoren oder weiteren Elektroden in Folienform nach bekannten Methoden zu Batterien, etwa zu Lithium-Ionen-Batterien, verarbeitet werden.The films or electrodes can also be processed with separators or other electrodes in film form by known methods to batteries, such as lithium-ion batteries.

Durch Beschichten oder Laminieren von mit Graphen beschichteten Folien mit geeigneten Materialien, lassen sich nach gleichfalls prinzipiell bekannten Verfahren Kondensatoren herstellen.By coating or laminating films coated with graphene with suitable materials, it is possible to produce capacitors by methods which are also known in principle.

In einer Ausführungsform wird die Dispersion verwendet: zur Herstellung einer Druckfarbe oder als Druckfarbe; zur Herstellung einer gedruckten Elektronik; zur Herstellung sogenannter „Encapsulated Electronics”, zur Herstellung von gedruckten Katalysatorsystemen und zur Herstellung gedruckter dreidimensionaler Objekte.In one embodiment, the dispersion is used: to make a printing ink or as an ink; for the production of printed electronics; for the production of encapsulated electronics, for the production of printed catalyst systems and for the production of printed three-dimensional objects.

Der Begriff „gedruckte Elektronik” wird synonym zum Begriff „gedruckte Schaltung” verwendet. Zur Herstellung wird vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Substrat, vorzugsweise Papier oder ein faserverstärkter Kunststoff, vorzugsweise Glasfaserplatten oder Phenolharzplatten, mit der erfindungsgemäßen Dispersion oder mit einer Dispersion, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, in geeigneter Weise kontaktiert und beschichtet, vorzugsweise durch Bedrucken, derart, dass auf dem isolierenden Material elektrisch leitende Bereiche entstehen. Diese Bereiche können dann mit weiteren elektronischen Komponenten wie Transistoren, Kondensatoren oder Widerständen bestückt werden.The term "printed electronics" is used synonymously with the term "printed circuit". For the preparation, preferably an electrically insulating substrate, preferably paper or a fiber-reinforced plastic, preferably glass fiber plates or phenolic resin, with the dispersion of the invention or with a dispersion prepared by the process according to the invention, contacted in a suitable manner and coated, preferably by printing, so in that electrically conductive areas are formed on the insulating material. These areas can then be populated with other electronic components such as transistors, capacitors or resistors.

In ähnlicher Weise können gedruckte Katalystorsysteme, welche Graphen umfassen, durch Bedrucken eines geeigneten Materials hergestellt werden, vorzugsweise nach Verfahren wie oben beschrieben.Similarly, printed catalyst systems comprising graphene can be prepared by printing a suitable material, preferably by methods as described above.

Die Komposite können auch zur Stromversorgung verwendet werden, beispielweise zur Stromversorgung eines Herzschrittmachers.The composites can also be used for power, for example to power a pacemaker.

Die erfindungsgemäße Dispersion oder die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dispersion kann ferner auf ein geeignetes Substrat so aufgebracht werden, vorzugsweise durch Bedrucken, dass ein Film in Form eines Strichcodes; einer Werbefläche; und/oder eines Touchpads entsteht.The dispersion according to the invention or the dispersion prepared by the process according to the invention can furthermore be applied to a suitable substrate, preferably by printing, that a film in the form of a bar code; an advertising space; and / or a touchpad.

Da Graphen bzw. CMG hydrophobe und damit wasserabweisende Eigenschaften aufweist, kann die Dispersion in einer weiteren Verwendung dazu verwendet werden, Komposite herzustellen, die wasserabweisend sind.Since graphene or CMG has hydrophobic and thus water-repellent properties, the dispersion can be used in a further use to produce composites which are water-repellent.

Da Graphen bzw. CMG gute mechanische Eigenschaften wie Festigkeit aufweist, kann in einer weiteren Ausführungsform die Dispersion dazu verwendet werden, Substrate mechanisch zu stabilisieren.Since graphene or CMG has good mechanical properties such as strength, in another embodiment the dispersion can be used to mechanically stabilize substrates.

Bild 1 zeigt TEM(Transmissionselektronenmikroskopie)-Aufnahmen der erfindungsgemäßen Graphensuspension hergestellt nach Beispiel 1. In a) ist eine Probe gezeigt, die mittels Ultraschall ohne Hochdruckhomogenisierung dispergiert wurde. Es ist ein Agglomerat aus mehreren Graphenflocken mit Abmessungen > 10 μm zu sehen. Dunkle Bereiche in der Abbildung werden dicken Graphenstrukturen zugeordnet, die beispielsweise durch Faltung oder Stapelung einzelner Graphenlagen entstehen können. In b) ist dieselbe Probe gezeigt, nachdem sie analog zu Beispiel 1C bei 1.500 bar im Hochdruckhomogenisator behandelt wurde. Nach dem Homogenisieren erscheinen die Graphenstrukturen im TEM deutlich dünner und große Agglomerate sind nicht mehr vorhanden.1 shows TEM (transmission electron microscopy) images of the graphus suspension according to the invention prepared according to example 1. In a) a sample is shown, which was dispersed by means of ultrasound without high-pressure homogenization. An agglomerate of several graphene flakes with dimensions of> 10 μm can be seen. Dark areas in the image are assigned to thick graphene structures that can be created, for example, by folding or stacking individual graphene layers. In b) the same sample is shown after it was treated analogously to Example 1C at 1,500 bar in the high-pressure homogenizer. After homogenization, the graphene structures appear significantly thinner in the TEM and large agglomerates are no longer present.

Bild 2 zeigt eine Analyse der spezifischen Leitfähigkeit bei wiederholtem Biegen von bindemittelfreien, gedruckten Graphen-Filmen auf Papier und Folie. Die Rechtecke bedeuten die Verwendung der bindemittelhaltigen Dispersion aus Beispiel 5, die Kreise die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersion aus Beispiel 3. Auf der Ordinate ist die spezifische Leitfähigkeit in S/cm aufgetragen, auf der Abszisse die Anzahl der Biegezyklen.Figure 2 shows a specific conductivity analysis with repeated bending of binderless printed graphene films on paper and film. The rectangles indicate the use of the binder-containing dispersion of Example 5 which Circle the use of the inventive dispersion of Example 3. On the ordinate, the specific conductivity in S / cm is plotted on the abscissa, the number of bending cycles.

BeispieleExamples

Beispiel 1example 1

Schritt A) Herstellung von GraphitoxidStep A) Preparation of graphite oxide

60 g Graphit wurden mit 1,4 l 95 proz. Schwefelsäure und 30 g Natriumnitrat für eine Zeitdauer von 20 h bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde das Gemisch auf 0°C abgekühlt und langsam 180 g Kaliumpermanganat zugegeben. Anschließend wurde ohne Kühlung 2,5 h nachgerührt. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde auf 2 Eiswasser gegossen und langsam mit 200 ml 3 proz. Wasserstoffperoxid versetzt. Der ausgefallene Feststoff wurde abfiltriert und mehrmals mit 5 proz. Salzsäure gewaschen. Der Rückstand wurde mit vollentsalztem Wasser so lange gewaschen, bis das ablaufende Wasser neutral war. Der erhaltene Feststoff wurde dann bei einer Temperatur von 40°C für eine Zeitdauer von 4 Tagen im Vakuumtrockenschrank getrocknet. Das getrocknete Produkt wurde gemahlen, erneut für eine Zeitdauer von 4 Tagen getrocknet und dann zur thermischen Reduktion gemäß Beispiel 2 eingesetzt.60 g of graphite were with 1.4 l 95 percent. Sulfuric acid and 30 g of sodium nitrate for a period of 20 h at room temperature. Subsequently, the mixture was cooled to 0 ° C and slowly added to 180 g of potassium permanganate. The mixture was then stirred for 2.5 h without cooling. The resulting reaction mixture was poured into 2 ice-water and slowly with 200 ml 3 percent. Hydrogen peroxide added. The precipitated solid was filtered off and washed several times with 5 percent strength. Hydrochloric acid. The residue was washed with demineralized water until the effluent water was neutral. The resulting solid was then dried at a temperature of 40 ° C for a period of 4 days in a vacuum oven. The dried product was ground, dried again for a period of 4 days and then used for thermal reduction according to Example 2.

Schritt B) Herstellung von Graphen in Form eines chemisch modifizierten Graphens durch thermische ReduktionStep B) Preparation of graphene in the form of a chemically modified graphene by thermal reduction

Das nach Beispiel 1A erhaltene getrocknete Graphitoxid wurde im Stickstoffgegenstrom in einen elektrisch beheizten Ofen gefördert, der auf die gewünschte Reduktionstemperatur vorgeheizt war, beispielsweise auf 400°C. Das gebildete Graphen wurde aufgefangen und ohne weitere Reinigung eingesetzt.The dried graphite oxide obtained according to Example 1A was fed in countercurrent of nitrogen into an electrically heated oven which had been preheated to the desired reduction temperature, for example to 400.degree. The formed graphene was collected and used without further purification.

Schritt C) Herstellung einer erfindungsgemäßen wässrigen GraphendispersionStep C) Preparation of an aqueous graphite dispersion according to the invention

800 ml vollentsalztes Wasser wurde mit Natriumhydroxid auf einen pH-Wert von 10 gebracht. 200 mg Graphen, welches durch Reduktion (thermische Reduktion) von Graphitoxid bei 400°C gemäß Beispiel 1B erhalten wurde, wurde mittels eines Ultraschallbades in der alkalischen Lösung vordispergiert. Das vordispergierte Produkt wurde in einen Hochdruckhomogenisator (Firma GEA Niro Soavi, Model Panda NS 1001 L 2K) überführt. Der Druck wurde stufenweise auf 1.400 bar erhöht und das Produkt bis zum Erreichen des Enddrucks im Kreis gefördert. Nach Erreichen von 1.400 bar wurde die Dispersion aufgefangen und für weitere Versuche eingesetzt. Die 0,025 Gew.-%ige Dispersion hatte eine wasserähnliche Konsistenz.800 ml of deionized water was brought to pH 10 with sodium hydroxide. 200 mg of graphene obtained by reduction (thermal reduction) of graphite oxide at 400 ° C. according to Example 1B was predispersed in the alkaline solution by means of an ultrasonic bath. The predispersed product was transferred to a high pressure homogenizer (GEA Niro Soavi, Model Panda NS 1001L 2K). The pressure was gradually increased to 1,400 bar and the product conveyed in a circle until the final pressure was reached. After reaching 1,400 bar, the dispersion was collected and used for further experiments. The 0.025% by weight dispersion had a water-like consistency.

Beispiel 2: Herstellung einer erfindungsgemäßen wässrigen GraphendispersionExample 2: Preparation of an aqueous graphite dispersion according to the invention

Man verfuhr wie in Beispiel 1 angegeben mit dem Unterschied, dass in Schritt C eine 1,5 Gew.-%ige Dispersion hergestellt wurde. Die Konsistenz der Dispersion war pastenartig. Diese Dispersion ließ sich verdrucken und konnte deshalb als Druckfarbe verwendet werden.The procedure was as in Example 1 with the difference that in step C, a 1.5 wt .-% dispersion was prepared. The consistency of the dispersion was pasty. This dispersion could be printed and could therefore be used as printing ink.

Beispiel 3: Herstellung einer erfindungsgemäßen wässrigen GraphendispersionExample 3: Preparation of an aqueous graphite dispersion according to the invention

Man verfuhr wie in Beispiel 1 angegeben mit dem Unterschied, dass in Schritt B eine Reduktion bei 500°C durchgeführt wurde und in Schritt C eine 1,25 Gew.-%ige Dispersion hergestellt wurde. Die Konsistenz der Dispersion war pastenartig. Diese Dispersion ließ sich verdrucken und konnte deshalb in Beispiel 6 als Druckfarbe verwendet werden.The procedure was as in Example 1 with the difference that in step B, a reduction at 500 ° C was performed and in step C, a 1.25 wt .-% dispersion was prepared. The consistency of the dispersion was pasty. This dispersion was printable and could therefore be used in Example 6 as an ink.

Beispiel 4: Herstellung einer erfindungsgemäßen nichtwässrigen GraphendispersionExample 4: Preparation of a non-aqueous graphite dispersion according to the invention

200 mg Graphen, welches durch Reduktion von Graphitoxid bei 600°C analog zu Beispiel 16 erhalten wurde, wurde mittels eines Ultraschallbades in 800 ml Aceton vordispergiert. Das vordispergierte Produkt wurde in einen Hochdruckhomogenisator (Firma GEA Niro Soavi, Model Panda NS 1001 L 2K) überführt. Der Druck wurde stufenweise auf 1.400 bar erhöht und das Produkt bis zum Erreichen des Enddrucks im Kreis gefördert. Nach Erreichen von 1.400 bar wurde die Dispersion aufgefangen. Sie wurde für Versuche, z. B. Anwendungen, eingesetzt.200 mg of graphene, which was obtained by reduction of graphite oxide at 600 ° C analogously to Example 16, was predispersed by means of an ultrasonic bath in 800 ml of acetone. The predispersed product was transferred to a high pressure homogenizer (GEA Niro Soavi, Model Panda NS 1001L 2K). The pressure was gradually increased to 1,400 bar and the product conveyed in a circle until the final pressure was reached. After reaching 1,400 bar, the dispersion was collected. It was used for experiments, eg. As applications used.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel): Herstellung einer bindemittelhaltigen GraphendispersionExample 5 (Comparative Example): Preparation of a binder-containing graphite dispersion

200 mL Wasser wurden mit NaOH auf einen pH von 9–10 gebracht und mit 4 g Graphen (erhalten durch thermische Reduktion von Graphitoxid) versetzt. Dem Gemisch wurden 0,8 mL einer 30 Gew.-%igen wässrigen Lösung von Polyvinylpyrrolidon PVP (Mw 360.000 g/mol, Sigma, St. Louis, USA) zugesetzt. Die pastöse Substanz wurde durch Rühren vordispergiert und anschließend bei 500 bar im Hochdruckhomogenisator behandelt.200 ml of water were brought to a pH of 9-10 with NaOH and admixed with 4 g of graphene (obtained by thermal reduction of graphite oxide). To the mixture was added 0.8 ml of a 30 wt% aqueous solution of polyvinylpyrrolidone PVP (Mw 360,000 g / mol, Sigma, St. Louis, USA). The pasty substance was predispersed by stirring and then treated at 500 bar in a high-pressure homogenizer.

Beispiel 6: Drucken wässriger GraphendispersionenExample 6: Printing of aqueous graphene dispersions

Die Graphentinte wurde in Form einer wässrigen Dispersion auf ein Substrat gedruckt und bei Raumtemperatur getrocknet. In allen Druckprozessen wurden mit einem 3D-Plotter (3D-BioplotterTM, 3. Generation, Envisontec, Deutschland) Filme (30 × 10 mm) gedruckt. Alle weiteren Analysen wurden an diesen gedruckten Filmen durchgeführt. Die Schichtdicke der gedruckten Filme wurde mit einer Mikrometer-Schraube (Micromaster, Tesa, Schweiz) bestimmt. Abhängig von der Viskosität des Materials, dem verwendeten Druck und der Anzahl der Wiederholungen wurden Schichtdicken zwischen 5 ± 3 μm und 20 ± 3 μm erhalten. Jeder Druckschritt wurde standardmäßig zweimal durchgeführt. Die Leitfähigkeit der erhaltenen Filme wurde mittels 4-Punkt-Messung bestimmt und anhand eines Korrekturfaktors nach bekannten Verfahren berechnet ( S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition ). Zur statistischen Auswertung wurde jeweils eine Summe von drei Proben untersucht.The graphite ink was printed on a substrate in the form of an aqueous dispersion and dried at room temperature. In all printing processes, films (30 × 10 mm) were printed using a 3D plotter (3D Bioplotter , 3rd generation, Envisontec, Germany). All further analyzes were performed on these printed films. The layer thickness of the printed films was measured with a micrometer screw (Micromaster, Tesa, Switzerland) certainly. Depending on the viscosity of the material, the pressure used and the number of repetitions, layer thicknesses between 5 ± 3 μm and 20 ± 3 μm were obtained. Each printing step was performed twice by default. The conductivity of the resulting films was determined by 4-point measurement and calculated by a correction factor according to known methods ( SM Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition ). For the statistical evaluation, a sum of three samples was examined in each case.

Leitfähigkeitsmessungconductivity measurement

Die spezifische Leitfähigkeit aller aufgeführten Proben wurde anhand einer 4-Punkts-Messmethode ermittelt. Hierzu wurden vier Präzisions-Kontakte (Bürklin, Deutschland) in gleichmäßigem Abstand von 2,5 mm angeordnet und mit konstantem Druck auf die zu messende Probe gesetzt. An die äußeren Pole wurde über ein Multimeter (Keithley 617 Programmable Electrometer, Keithley, USA) ein elektrischer Strom angelegt und an den inneren Polen mit einem zweiten Multimeter (Fluke 8846A 6-1/2 Digit Precision Multimeter, Fluke Deutschland GmbH, Deutschland) die jeweilige Spannung abgegriffen. Es wurden mehrere Messungen um die Probenmitte durchgeführt. Die Schichtdicke der gedruckten Filme wurde mittels einer Mikrometer-Schraube (Micromaster, Tesa, Schweiz) bestimmt. Die Probengeometrie wurde durch einen Korrekturfaktor ( S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition ) berücksichtigt. Zur statistischen Auswertung wurde jeweils eine Summe von drei Proben untersucht.The specific conductivity of all listed samples was determined using a 4-point measurement method. For this purpose, four precision contacts (Bürklin, Germany) were arranged at a uniform distance of 2.5 mm and placed with constant pressure on the sample to be measured. An electrical current was applied to the outer poles via a multimeter (Keithley 617 Programmable Electrometer, Keithley, USA) and to the inner poles with a second multimeter (Fluke 8846A 6-1 / 2 Digit Precision Multimeter, Fluke Deutschland GmbH, Germany) respective voltage tapped. Several measurements were taken around the center of the sample. The layer thickness of the printed films was determined by means of a micrometer screw (Micromaster, Tesa, Switzerland). The sample geometry was determined by a correction factor ( SM Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition ) considered. For the statistical evaluation, a sum of three samples was examined in each case.

Variante A: auf Papier mit BindemittelVariant A: on paper with binder

Als Untergrund diente standardisiertes Druckerpapier (80 g/m2, m-real), wobei die Dispersion aus Beispiel 5 eingesetztwurde. Die resultierende Schicht hatte eine durchschnittliche Dicke von 17 ± 2 μm und wies eine Leitfähigkeit von 0,5 ± 0,2 S/cm auf.The background was standardized paper (80 g / m 2 , m-real) using the dispersion of Example 5. The resulting layer had an average thickness of 17 ± 2 μm and had a conductivity of 0.5 ± 0.2 S / cm.

Variante B: auf Folie mit BindemittelVariant B: on foil with binder

Als Untergrund diente standardisiertes Fotokopier-Folie (Soennecken, Overath, Deutschland). Es wurde die Dispersion aus Beispiel 5 eingesetzt. Die resultierende Schicht hatte eine durchschnittliche Dicke von 6 ± 2 μm und wies eine Leutfähigkeit von 0,3 ± 0,1 S/cm auf.The background was standardized photocopy film (Soennecken, Overath, Germany). The dispersion from Example 5 was used. The resulting layer had an average thickness of 6 ± 2 μm and a handsability of 0.3 ± 0.1 S / cm.

Variante C: auf Papier ohne BindemittelVariant C: on paper without binder

Als Untergrund diente standardisiertes Druckerpapier (80 g/m2, m-real). Es wurde die Dispersion aus Beispiel 3 eingesetzt. Die resultierende Schicht hatte eine durchschnittliche Dicke von 14 ± 2 μm und wies eine Leitfähigkeit von 8,3 ± 2,1 S/cm auf.The background was standardized printing paper (80 g / m 2 , m-real). The dispersion from example 3 was used. The resulting layer had an average thickness of 14 ± 2 μm and had a conductivity of 8.3 ± 2.1 S / cm.

Variante D: auf Folie ohne BindemittelVariant D: on film without binder

Als Untergrund diente standardisiertes Fotokopier-Folie (Soennecken, Overath, Deutschland). Es wurde die Dispersion aus Beispiel 3 eingesetzt. Die resultierende Schicht hatte eine durchschnittliche Dicke von 5 ± 2 μm und wies eine Leitfähigkeit von 10,2 ± 3,6 S/cm auf.The background was standardized photocopy film (Soennecken, Overath, Germany). The dispersion from example 3 was used. The resulting layer had an average thickness of 5 ± 2 μm and had a conductivity of 10.2 ± 3.6 S / cm.

Biegeversuchebending tests

Zur Überprüfung der Stabilität der gedruckten Filme auf dem Substrat wurden Biegeversuche durchgeführt. Hierzu wurde die zu untersuchende Probe von Hand auf die konkave und konvexe Seite gebogen. Ein Biegezyklus wurde entsprechend als einmal konkav gebogen und einmal konvex gebogen gezählt. Nach jeweils 100 Biegezyklen wurde die spezifische Leitfähigkeit mittels 4-Punkt-Messung bestimmt. Es wurde eine Summe von 1.000 Biegezyklen je Probe durchgeführt. Zur statistischen Auswertung wurde jeweils eine Summe von drei Proben untersucht.Bending tests were performed to check the stability of the printed films on the substrate. For this purpose, the sample to be examined was bent by hand on the concave and convex side. A bending cycle was correspondingly bent once as a concave and counted once convexly curved. After every 100 bending cycles, the specific conductivity was determined by means of a 4-point measurement. A total of 1,000 bending cycles per sample was performed. For the statistical evaluation, a sum of three samples was examined in each case.

Beispiel 7: Herstellung von Graphenpapieren:Example 7: Preparation of Graphene Papers:

Durch Vakuumfiltration von 26 ml der Graphensuspension aus Beispiel 1C wurden die Graphenflocken als papierartiger Film auf einem Membranfilter (Cyclopore® Track-Etched, 0,2 μm Poren, 47 mm Durchmesser, Whatman) abgeschieden. Nach Trocknen über Nacht konnte der Film vom Filter gelöst werden. Es wurde ein freistehendes, flexibles, elektrisch leitfähiges Graphenpapier erhalten. Analog zu Beispiel 6 wurde die Dicke mittels Mikrometer-Schraube und die Leitfähigkeit mittels Vierpunktmessung bestimmt. Bei einer Dicke von 11 ± 1 μm wies das Papier eine Leitfähigkeit von 12 ± 1 S/cm auf.By vacuum filtration of 26 ml of the suspension of Example 1C graphs the graphene flakes (0.2 micron pore, 47 mm diameter, Whatman Cyclopore ® track-etched,) were used as paper-like film deposited on a membrane filter. After drying overnight, the film could be released from the filter. A free-standing, flexible, electrically conductive graphene paper was obtained. Analogously to Example 6, the thickness was determined by means of micrometer screw and the conductivity by means of four-point measurement. At a thickness of 11 ± 1 μm, the paper had a conductivity of 12 ± 1 S / cm.

Beispiel 8: BiokompatibilitätstestExample 8: Biocompatibility test

Zur Überprüfung der Biokompatibilität des erfindungsgemäß hergestellten Graphens wurden Zellkulturexperimente durchgeführt. Graphen-Papiere wurden durch Vakuumfiltration wie in Beispiel 7 beschrieben hergestellt. Gepresste Tabletten aus Graphit wurden mit einer Standardtablettenpresse gepresst und dienten als Referenzsubstanz. Sämtliche Proben wurden zur Entfernung von Verunreinigungen mehrfach mit Dulbecco's PBS (ohne Ca2+, Mg2+, PAA Laboratories GmbH, Pasching, Österreich) gewaschen und anschließend im Autoklav (Tuttnauer, New York, USA, Model 3870 ELV) sterilisiert (120°C, 5 bar, 30 min). Sterilisierte TRGO-Papiere und Graphittabletten (jeweils 3 Proben) wurden in 24-Well plates (TCPS, Greiner, Frickenhausen, Deutschland) gegeben und mit CAL 72-Zellen (Humane Osteosarkom Zell-Linie, ACC 439, Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, DSMZ, Braunschweig, Deutschland) besiedelt. Pro Napf (well) wurde eine Konzentration von 1 × 105 Zellen gewählt. Die Proben wurden in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM, Biowhittaker, Verviers, Belgien) mit 10% Fetales Kälberserum (FCS, PAA Laboratories GmbH, Linz, Österreich), 1% Penicillin/Streptomycin (Biochrom, Berlin, Deutschland) und Insulin Transferrin (1 Vial/5 l Medium) für 48 h in einem Inkubator (Kendro-Heraeus, Osterode, Deutschland) kultiviert. Die Vitalität der Zellen wurde anhand eines Färbeexperiments mit Fluorescein Diacetat (FDA) und Propidium Iodid (PI) als spezifische Fluorophore überprüft. In fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen erscheinen lebende Zellen in grün, wohingegen tote Zellen in rot abgebildet werden. Bilder wurden mit einem Mikroskop (Axiover 135, Zeiss, Oberkochen, Deutschland) mit Kamera (AE 1, Canon, Amstelveen, Niederlande) erhalten. Die verwendeten Graphen-Papiere hatten keinen negativen Effekt auf das Zellwachstum.To verify the biocompatibility of the graphene produced according to the invention, cell culture experiments were carried out. Graphene papers were prepared by vacuum filtration as described in Example 7. Pressed tablets of graphite were pressed with a standard tablet press and served as a reference substance. All samples were washed several times to remove impurities with Dulbecco's PBS (without Ca 2+ , Mg 2+ , PAA Laboratories GmbH, Pasching, Austria) and then sterilized in an autoclave (Tuttnauer, New York, USA, Model 3870 ELV) (120 ° C, 5 bar, 30 min). Sterilized TRGO papers and graphite tablets (3 samples each) were placed in 24 well plates (TCPS, Greiner, Frickenhausen, Germany) and probed with CAL 72 cells (Human Osteosarcoma Cell Line, ACC 439, German Collection for Microorganisms and Cell Cultures GmbH , DSMZ, Braunschweig, Germany) populated. For each well, a concentration of 1 × 10 5 cells was chosen. The samples were taken in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM, Biowhittaker, Verviers, Belgium) with 10% fetal calf serum (FCS, PAA Laboratories GmbH, Linz, Austria), 1% penicillin / streptomycin (Biochrom, Berlin, Germany) and insulin transferrin ( 1 vial / 5 l medium) for 48 h in an incubator (Kendro-Heraeus, Osterode, Germany). The vitality of the cells was checked by a staining experiment with fluorescein diacetate (FDA) and propidium iodide (PI) as specific fluorophores. In fluorescence micrographs, live cells appear in green, whereas dead cells are displayed in red. Images were obtained with a microscope (Axiover 135, Zeiss, Oberkochen, Germany) with camera (AE 1, Canon, Amstelveen, The Netherlands). The graphene papers used had no negative effect on cell growth.

Beispiel 9: Herstellung von Epoxydharz/Graphen-NanokompositenExample 9: Preparation of epoxy resin / graphene nanocomposites

Es wurden Epoxydharz/Graphen-Nanokomposite auf Basis von Bisphenol-A-Diglycidylether (BADGE) mit Dicyandiamid (DICY) als Härter angefertigt.Epoxy resin / graphene nanocomposites based on bisphenol A diglycidyl ether (BADGE) with dicyandiamide (DICY) as hardener were prepared.

Variante A: mit bekannten DispergiermethodenVariant A: with known dispersion methods

171 g des Epoxyd-Harzes (CY 225, Huntsman) wurden in Aceton gelöst und 1,5 g Graphen (erhalten aus thermischer Reduktion von Graphitoxid bei 750°C) darin durch Behandlung mittels Ultra-Turrax® (T 25, IKA) dispergiert. Das Aceton wurde im Vakuum entfernt und das Reaktionsgemisch in eine Aluminiumdose überführt. Es wurden 7,9 g des Reaktivverdünners (Cardolite® Lite 2513 HP, Cardolite) zugegeben und 1 h bei 90°C im Platenrührer gerührt. 19 g des Härters (Dyhard 100 SH, Alz Chem) und 0,6 g des Beschleunigers (Dyhard UR 300 AB, Alz Chem) wurden mittels Spatel eingerührt und 0.5 h bei 90°C unter vermindertem Druck (40–70 mbar) im Planetenrührer gerührt. Der Verguss erfolgte in eine temperierte Stahlform (140°C). Es wurde 1 h lang bei 140°C gefolgt von 1 h bei 180°C ausgehärtet.171 g of epoxy resin (CY 225, Huntsman) were dissolved in acetone and 1.5 g of graph (obtained from the thermal reduction of graphite oxide at 750 ° C) is by treatment by means of Ultra-Turrax ® (T25, IKA) dispersed. The acetone was removed in vacuo and the reaction mixture transferred to an aluminum can. There was added 7.9 g of the reactive diluent (Cardolite Lite ® HP 2513, Cardolite) and stirred for 1 h at 90 ° C in Platenrührer. 19 g of the hardener (Dyhard 100 SH, Alz Chem) and 0.6 g of the accelerator (Dyhard UR 300 AB, Alz Chem) were stirred in by spatula and 0.5 h at 90 ° C under reduced pressure (40-70 mbar) in the planetary stirrer touched. The casting took place in a tempered steel mold (140 ° C). It was cured for 1 h at 140 ° C followed by 1 h at 180 ° C.

Die Enden eines quaderförmigen Prüfkörpers (1 × 0.4 × 0.2 cm) wurden mit Leitsilber kontaktiert und mit Hilfe eines Multimeter (Keithley 617 Programmable Electrometer, Keithley, USA) der elektrische Widerstand gemessen. Aus diesem Messwert sowie der Länge und der Querschnittsfläche des Probenkörpers wurde die elektrische Leitfähigkeit dieses Komposites mit 0,75 Gew.-% Graphen zu 5 × 10–20 S/cm bestimmt.The ends of a cuboid test piece (1 × 0.4 × 0.2 cm) were contacted with conductive silver and the electrical resistance was measured using a multimeter (Keithley 617 Programmable Electrometer, Keithley, USA). From this measurement and the length and cross-sectional area of the specimen, the electrical conductivity of this composite was determined to be 0.75 wt% graphene at 5 × 10 -20 S / cm.

Variante B: Dispergieren mittels HochdruckhomogenisatorVariant B: Dispersing by means of high-pressure homogenizer

200 mL Aceton wurden mit 0,75 g Graphen (erhalten aus thermischer Reduktion von Graphitoxid bei 750°C) versetzt und 15 min im Ultraschallbad vordispergiert. Die erhaltene Suspension wurde mittels Hochdruckhomogenisator bei 900 bar behandelt und anschließend 85 g des Epoxidharzes (CY 225, Huntsman) darin gelöst. Nach einer weiteren Dispergierung mittels Ultra-Turrax® (T 25, IKA) wurde das Aceton im Vakuum entfernt und das Reaktionsgemisch in eine Aluminiumdose überführt. Es wurden 4.0 g des Reaktivverdünners (Cardolite® Lite 2513 HP, Cardolite) zugegeben und 1 h lang bei 90°C im Planetenrührer gerührt. 9.6 g des Härters (Dyhard 100 SH, Alz Chem) und 0,3 g des Beschleunigers (Dyhard UR 300 AB, Alz Chem) wurden mittels Spatel eingerührt und 0.5 h lang bei 90°C unter vermindertem Druck (40–70 mbar) im Planetenrührer gerührt. Der Verguss erfolgte in eine temperierte Stahlform (140°C) und es wurde 1 h lang bei 140°C gefolgt von 1 h bei 180°C ausgehärtet.200 ml of acetone were mixed with 0.75 g of graphene (obtained from thermal reduction of graphite oxide at 750 ° C.) and predispersed in an ultrasonic bath for 15 minutes. The suspension obtained was treated by means of high-pressure homogenizer at 900 bar and then 85 g of the epoxy resin (CY 225, Huntsman) dissolved therein. According to a further dispersion by means of Ultra-Turrax ® (T25, IKA), the acetone was removed in vacuo and transferred to the reaction mixture in an aluminum can. There were added and stirred for 1 h at 90 ° C in a planetary mixer 4.0 g of the reactive diluent (Cardolite Lite ® HP 2513, Cardolite). 9.6 g of the hardener (Dyhard 100 SH, Alz Chem) and 0.3 g of the accelerator (Dyhard UR 300 AB, Alz Chem) were stirred in by spatula and 0.5 h at 90 ° C under reduced pressure (40-70 mbar) in Stirred planetary stirrer. The casting was carried out in a tempered steel mold (140 ° C) and it was cured for 1 h at 140 ° C followed by 1 h at 180 ° C.

Die Enden eines quaderförmigen Prüfkörpers (1 × 0.4 × 0.2 cm) wurden mit Leitsilber kontaktiert und mit Hilfe eines Multimeter (Keithley 617 Programmable Electrometer, Keithley, USA) der elektrische Widerstand gemessen. Aus diesem Messwert sowie der Länge und der Querschnittsfläche des Probenkörpers wurde die elektrische Leitfähigkeit dieses Komposites mit 0,75 Gew.-% Graphen zu 1 × 10–8 S/cm bestimmt.The ends of a cuboid test piece (1 × 0.4 × 0.2 cm) were contacted with conductive silver and the electrical resistance was measured using a multimeter (Keithley 617 Programmable Electrometer, Keithley, USA). For this measurement, as well as the length and the cross-sectional area of the specimen, the electric conductivity of this graph composites to 1 × 10 -8 S / cm was determined to 0.75 wt .-%.

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung einer Dispersion umfassend Graphen und eine Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass es die Stufen (i) und (ii) umfasst: (i) Beaufschlagen eines Gemischs umfassend Graphen und eine Flüssigkeit mit Druck; (ii) Führen des unter Druck stehenden Gemischs der Stufe (i) durch eine Öffnung.A process for the preparation of a dispersion comprising graphene and a liquid, characterized in that it comprises steps (i) and (ii): (i) applying a mixture comprising graphene and a liquid under pressure; (ii) passing the pressurized mixture of step (i) through an orifice. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es vor Stufe (i) die Stufe (iiib) umfasst: (iiib) Thermische Reduktion von Graphitoxid oder Graphenoxid.A method according to claim 1, characterized in that prior to step (i) it comprises the step (iiib): (iiib) Thermal reduction of graphite oxide or graphene oxide. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck größer ist als 100 bar, oder 500 bar, oder 900 bar, oder 1.100 bar, oder 1.300 bar.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure is greater than 100 bar, or 500 bar, or 900 bar, or 1,100 bar, or 1,300 bar. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Wasser; Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, Butanol; Acetonitril, Benzonitril; Aceton, Methylethylketon, Diethylketon, Diisopropylketon; Dimethylformamid, N-Methylformamid, N-Methylpyrrolidon; Dimethylsulfoxid, Sulfolan; Dimethycarbonat, Diethylcarbonat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat; oder zwei oder mehrere dieser Flüssigkeiten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid is selected from the group consisting of: water; Methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, butanol; Acetonitrile, benzonitrile; Acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, diisopropyl ketone; Dimethylformamide, N-methylformamide, N-methylpyrrolidone; Dimethyl sulfoxide, sulfolane; Dimethycarbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate; or two or more of these liquids. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in Abwesenheit von Bindemitteln und/oder Tensiden durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is carried out in the absence of binders and / or surfactants. Dispersion bestehend aus Graphen und einer Flüssigkeit, oder Dispersion umfassend Graphen und eine Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren hergestellt wird wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, mit der Maßgabe, dass das Graphen keinen Stickstoff enthält und die Flüssigkeit nicht aus Propylencarbonat besteht.Dispersion consisting of graphene and a liquid, or dispersion comprising graphene and a liquid, characterized in that it is prepared by a process as defined in any one of claims 1 to 5, with the proviso that the graphene contains no nitrogen and the liquid does not consists of propylene carbonate. Dispersion, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Graphen und einer Flüssigkeit besteht, oder Graphen und eine Flüssigkeit umfasst, wobei im Graphen enthaltene Carboxylgruppen und/oder phenolische OH-Gruppen in deprotonierter Form vorliegen können, mit der Maßgabe, dass das Graphen keinen Stickstoff enthält und die Flüssigkeit nicht aus Propylencarbonat besteht, wobei die Flüssigkeit vorzugsweise aus Wasser, Isopropanol oder Aceton besteht oder Wasser, Isopropanol oder Aceton umfasst.Dispersion, characterized in that it consists of graphene and a liquid, or comprises graphene and a liquid, wherein in the graph contained carboxyl groups and / or phenolic OH groups can be present in deprotonated form, with the proviso that the graph contains no nitrogen and the liquid does not consist of propylene carbonate, the liquid preferably consisting of water, isopropanol or acetone or comprising water, isopropanol or acetone. Verfahren zur Herstellung eines Komposits umfassend ein Substrat und Graphen, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt (i) umfasst: (i) Kontaktieren des Substrats mit einer Dispersion wie in Anspruch 6 oder 7 definiert.Process for the preparation of a composite comprising a substrate and graphene, characterized in that it comprises the step (i): (i) contacting the substrate with a dispersion as defined in claim 6 or 7. Komposit umfassend ein Substrat und Graphen, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren hergestellt wird wie in Anspruch 8 definiert.Composite comprising a substrate and graphene, characterized in that it is produced by a process as defined in claim 8. Verwendung einer Dispersion wie in Anspruch 6 oder 7 definiert, zur Beschichtung von Oberflächen; zur Herstellung einer Druckfarbe oder als Druckfarbe; zur Herstellung eines Komposits, das den elektrischen Strom und/oder die Wärme leitet; zur Herstellung eines Komposits, welches wasserabweisend ist; zur mechanischen Stabilisierung eines Komposits, wobei vorzugsweise die beschichtete Oberfläche oder das Komposit sind: ein Druckerzeugnis; eine Elektronik; eine verkapselte Elektronik (encapsulated electronics); ein Katalysator oder ein Katalysatorsystem; eine Elektrode; ein Kondensator; ein Doppelschichtkondensator; eine Lithium-Ionen-Batterie; ein Graphenpapier; ein Strichcode; eine Werbefläche; ein Touchpad; ein mit Zellen besiedeltes Komposit; und/oder ein gedrucktes dreidimensionales Objekt, z. B. umfassend ein Polymer.Use of a dispersion as defined in claim 6 or 7 for coating surfaces; for producing a printing ink or as an ink; for producing a composite that conducts electrical current and / or heat; for preparing a composite which is water repellent; for the mechanical stabilization of a composite, wherein preferably the coated surface or the composite are: a printed product; an electronics; an encapsulated electronics (encapsulated electronics); a catalyst or a catalyst system; an electrode; a capacitor; a double-layer capacitor; a lithium-ion battery; a graphene paper; a bar code; an advertising space; a touchpad; a cell-populated composite; and / or a printed three-dimensional object, e.g. B. comprising a polymer.
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