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TW201127750A - Composites having graphene layers and their production and use - Google Patents

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TW201127750A
TW201127750A TW099134999A TW99134999A TW201127750A TW 201127750 A TW201127750 A TW 201127750A TW 099134999 A TW099134999 A TW 099134999A TW 99134999 A TW99134999 A TW 99134999A TW 201127750 A TW201127750 A TW 201127750A
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TW
Taiwan
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polyacrylonitrile
layer
composite
graphene
layered double
Prior art date
Application number
TW099134999A
Other languages
English (en)
Inventor
Aurel Wolf
Giulio Lolli
Leslaw Mleczko
Oliver Felix-Karl Schlueter
Original Assignee
Bayer Technology Services Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer Technology Services Gmbh filed Critical Bayer Technology Services Gmbh
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Description

201127750 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 …本發明係關於具有石墨烯層之複合物及亦用於製造此等 複合物之方法。本發明另外係關於一種使用本發明之複合物 以製造石墨烯層之方法。 【先前技術】 ,石墨烯係具有相似於單石墨層之結構之二維之碳晶體。該 等碳原子係以六邊形蜂巢結構排列。此種排列係自參與之碳 原子之2 s、2ρχ及2py軌域之混成作用以形成sp2混成軌域而產 生。石墨烯具有金屬及非金屬之性質。石墨烯之金屬性質係 良好之電及熱傳導性。該等非金屬性質提供高之熱穩定性、 化學惰性及此等化合物充當潤滑劑之能力。製造於工業應用 中可利用之此等材料之一種可能方法係整合石墨烯進入複 合物中。此等複合物之製造致使其不僅對於以足夠數量製造 石墨烯’而且亦對於能以均勻地分布之方式將該材料弓丨進入 其他材料中,皆係必要的。
Stankovich等人[Nature, Vol. 442, July 2006]敍述經由石墨 之剝落(exfoliation)及將個別經化學地修飾之石墨烯層分 散於聚苯乙烯中而製造一種石墨烯複合物。 US2007/0158618A1敍述經由石墨之剝落及該生成之材料 藉由球磨機之粉碎及隨後此等石墨烯層與聚合物之混合而 製造石墨稀奈米級複合物(nanocomposites)。 US2007/0092716A1揭示一種石墨烯複合物之製造,其中奈 米級石墨烯(nanographene )層係與聚合之材料混合及,例 201127750 如,以纖維之形式擠製。 用於製造石墨烯複合物之已知方法的缺 ^精確地^石㈣層於複合物巾之厚敍整合特;·有^著 地=於2G^之厚度之石墨烯層的困難。此種困 =3:層於製造方法之期間於複合物之形成二 可此‘刀軌集之事實結合,及其:欠料 墨騎之已知方法(例如機械或化學㈣方法)以製 顯著地低於2G奈米之厚度之石墨稀層的巨大困難。 然而’具有顯著地低奈米之厚度之石墨制具有,當 使用於-種複合物中時,優於具有觸奈米之厚度之石墨稀 層之優點’例如’滲據低限(Perc〇lati〇n threhold)(直接地 導致於複合物内之電阻降低的莫耳濃度)係顯著地降低。當 使=個別之石墨烯層(〇.335奈米)時,渗渡低限係低於〇1 重罝%[Stank〇vich等人Nature,Vol. 442, July 2006]。於比較 中,已敍述當使用具有約20奈米厚度之石墨稀層時,3_5重 量%之滲濾低限。 【發明内容】 本發明解決先前技藝之缺點及具有提供具有石墨稀層之 複合物的目的,該等石墨稀層具有顯著地低於2〇奈米之厚 度0 本發明之另外目的係提供本身已為吾人所知之填充劑,例 如片狀石夕酸鹽(sheet silicates)或成層之雙氫氧化物(layered double hydroxide),其等不具有電或熱傳導性此些性質。 該等目的係經由提供片狀矽酸鹽或成層之雙氫氧化物與 4 201127750 達成’該聚丙烯腈係已經至少部分地分 於20%之^ θ及具有以聚丙烯腈之相對分子質量計之低 、氮的相對質量比例。 之複合^供包3具有顯著地低於2G奈米之厚度的石墨稀層 層之優點本發明之複合物亦於—種材料中結合石墨烯 化物之I "及電傳導性)與片狀矽酸鹽或成層之雙氫氧 =緣及填充劑功能 氧化物者,之本性係相似於片狀赠鹽或成層之雙氫 物作為制片狀錢贱成狀雙氫氧化 合物。。㈣之已知程序及方法中,亦可使用本發明之複 根據本發明可使用之片 酸鹽結構,其具有Si〇4四面體之二支;已知之石夕 及)。適合之片狀錢鹽之#例_二2如^酸鹽提 母、蛇紋石、高嶺石或其等混合物。c石、雲 之方法而修飾,俾能改變層間隔。對仏鹽可經由已知 有至少一個酸基之銨化合物插入的$=如,將具 [DE10351268A1]。插入作用係經由以具有於丨、=等層之間 化合物替換於該等矽酸鹽之層晶格(丨吵饤1 乂.一個酸基之銨 陽離子而實現,及通常導致該層間隔之⑽叫中存在之 經由上述方法而修飾之片狀石夕酸鹽較佳地罝片狀石夕酸鹽或 及甚至更佳地0.7至1.5奈米之層間隔。"、有〇.5至2.5奈米 成層之雙氫氧化物(LDH)係具有通式 [M “XN x(OH)2][An ]x/n · yH2〇之化合物 5 。此處,M2+係二 201127750 價鹼土或過渡金屬離子諸如Mg2+、Ni2+、Cu2+或Zn2+,N3 + 係三價主族或過渡金屬離子諸如a13+、Cr3+、Fe3+4Ga3+, An_係陰離子諸如NO,、c〇32·、Cl -、或SO?·,χ係〇至1之有 理數及y係包括0之正數字。根據本發明,術語“成層之雙氫 氧化物亦涵蓋此等化合物之氧化物。根據本發明,較佳者 係使用天然及合成之菱水鎮銘石及具有似菱水鎂紹石的結 構之化合物(似菱水鎂鋁石之化合物,HTLC)作為成層之 雙氫氧化物。為了製備菱水鎂鋁石或具有似菱水鎂鋁石的結 構之化合物’使用熟習此項技藝者熟悉之任何方法[見,例 如’於以下之參考文獻中敍述者:DE2061114A、 US5,399,329A、US5,578,286A、DE10119233、W00112570、
Handbook of Clay Science, F. Bergaya, B.K.G. Theng and G.
Lagaly,Developments in Clay Science,Vol. 1,Chapter 13.1,
Layered Double Hydroxides, C. Forano, T. Hibino, F. Leroux, C,Taviot-Gueho, Handbook of Clay Science 2006],理論上係 可能的。 根據本發明’較佳者係通(名義上的)式 2 丨- 3 M2x M2 +(0H)4x+4 · A2/nn- . zH2〇之菱水鎂鋁石之使用,其 中Μ2χ 係由Mg、Zn、Cu、Ni、Co、Μη、Ca及/或Fe組成之 群組中選出之二價金屬。M23+係由A1、Fe、Co、Μη、La、 Ce及/或Cr組成之群組中選出之適合之三價金屬。“ χ,,係於 0.5間隔之〇.5至1〇之數字。a係填隙陰離子。適合之陰離子係 有機陰離子諸如烷氧化物、烷基醚硫酸鹽、芳基醚硫酸鹽及 /或二醇醚硫酸鹽或者無機陰離子諸如碳酸鹽、碳酸氫鹽、硝 6 201127750 酸鹽、氣化物、硫酸鹽、B(OH)4-及/或聚側氧 (polyoxometalate i〇ns)諸如m〇7〇246-或v 屬义離子 者係使用C。,·及Nq3_。於上述之通式巾之V::特別較佳 離子上之電荷,其可係至多8及通常至多4。n‘係於填隙陰 整數,較佳地2至4。對應之金屬氧化物,Z係1至6之 + 4)/2,其中M2x2+、Μ'及 “χ” 係如以上 X 2 ( )(4χ 特定言之當接觸水時,可係以經部分地羥化之二2料, 對於熟習此項技藝者係已知的。菱水鎭銘石, =父二的 14及4係於此部分中敍述及彼等之製備係、已經’例二 於 US6,514,473B2 中鼓述。 ^本發明’較佳者係使用成層之雙氫氧化物及特別較佳 :.至2.5奈米及較佳地〇.7至15奈米之層間隔之菱水 鎮^石。該層間隔可係人工地增加,如於經由使用適合之插 ^之片㈣gg鹽之案例中。理論上,陰離子諸如胺基苯 績酸、4_ψ苯顿單水合物、4·減料酸、十二基續酸、 對欧酸係適合於此種目的[Zammarano等人 > Polymer Vol. 46, 2005,pp. 9314-28 ; US4,774,212]。熟習此項技藝之人士將熟 悉義他陰離子。對於本發明化合物之目的,使狀陰離子不 疋f定性的。該等陰離子專有地發揮作用以修飾該等成層之 又氮氧化物之層。彼等於用於本發明複合物之製造方法中, 於熱處理期間分解。 特别適合之菱水鎂鋁石係由Sasol Deutschland GmbH於商 品名稱Pural下銷售。 7 201127750 根據本發明,於用於複合物之製造方法之期間經由丙稀猜 之聚合作用及般燒而生成之大部分石墨稀層係存在於片狀 矽酸鹽或成層之雙氫氧化物之層中。 、 US4,921,681揭示-種複合物,其包含蒙脫石(一種片狀 石夕酸鹽)及經部分地碳化之聚丙稀腈作為用於製造高取向性 熱解石墨(highly oriented pyr〇litic graphite,H〇pG)之中間 物。於實例1中,碳化作用係於7〇〇艺進行歷時3小時。 根據先前技藝[peter Morgan,Carb〇n fibres and their composes; Vol. 27; CRC Press,2005; p. 2235],此種中間物 具^聚丙婦腈之相對分子f量計之至少2Q%之氮的相對 質1比例。聚丙埽腈(即起始材料)之氮的相對質量比例係 以聚丙烯腈之相對分子質量計,根據本發明請求之複 合,係以氮的相對質量比例係低於20%而區分,較佳地低於 1^^,甚至更佳地等於或低於1〇%,甚至更佳地等於或低於 ^及甚至更佳地等於或低於3%。根據本發明之含氮材料不 具有H〇PG結構’相反地係關於具有0.5至2.5奈米之層厚度之 f墨1層結構。氮的質量比例之測定可係經由已知並且已證 實之標準方法Icp_MS (具有感應地耦合的電漿之質譜測定 而進行,例如經由根據DIN-ISO 17025認證之分析實驗 室。 當專有使用係由用於本發明複合物之成層之雙氫氧 比進行時’以聚丙稀腈之相對分子質量計之氮的相對質量 、丨可係20%或甚至超過。然而,縱然於此種案例中, 於氮的相對質量比例之上述,較佳之值仍然係較佳的。 8 201127750 根據本發明,於氮的相對比例中之降低係經由適當地提高 煅燒溫度而達成。例如,為了獲得等於或低於1〇%之氮的^ 量比例,於習用之烘箱中於锻燒歷時至少4〇分鐘,和 佳地至少90分鐘及更佳地至少2小時係必要的(考慮該烘^ 之最大負荷容量)。 目 措辭“已經至少部分地分解成為石墨烯層之聚丙烯腈,, 敍述聚丙烯腈經由於本專利申㈣中敍述之锻燒步驟 變成石墨烯層之碳化作用。然而,視煅燒步驟之溫度及持妗 之時間而定,該聚丙烯腈可能不是完全地分解或碳化,反^ 聚丙烯腈或僅部分地分解之聚丙烯腈係存在於本發明之扩 合物中。對於碳/氮比率’溫度具有直接之影響。必須進行= 處理歷時-段特定時間’俾能使將移出之實質地所有化合物、 能經由擴散作用而輸送至外部(複合物之外部)、及使於扩 合物之内之化合物能重新排列至平衡狀態。為了確保此,= 燒必須於習用之烘箱中進行歷時至少10分鐘之時間,較佳土2 至少40分鐘及甚至更佳地至少9G分鐘,或者於微波烘箱 行,時至少5分鐘及更佳地至少45分鐘。必須考慮及固守讀 烘箱之最大負荷容量。聚丙烯腈轉變成石墨烯層之分解方^ 係已知的及已經,例如,由Fitzer等人敍述[Carb〇n ν〇ι Μ Issue 4, 1986, ρρ,387_395]。經由聚丙烯腈之分解作用而生’ 之降解作用產物係,例如’ Η2、Ν2、ΝΗ3及HCN。 、於是,聚丙烯腈轉變成石墨烯層之分解作用實質地係視所 選擇之烺燒溫度而定。本發明之較佳具體實施例提供一種複 合物’其中聚丙稀腈已經分解至95%之程度,較佳地, 201127750 ,更佳地99%及軸較佳地完全地,成為石墨制。對於 ^至^95%分解作用),高於1,60(TC之溫度係必要的。完 =之刀解作用(即至少99%分解作用)係使用約2,麵。C之溫 達成。崎步驟較佳地係於惰性大氣(氬或氮 ,較佳地 虱)下及於大氣壓力進行。 驄,之目的’術語、燒”通常表示—種熱處理步 卩料以刀解此種材料之目標加熱。被分解成為石墨烯 叙材料,根據本㈣,絲丙埽腈。 =吾石墨烯層”表示二維之碳晶體,其等具有相似於單 列,:之結2構及其等之碳原子係於六角形之蜂巢結構中排 严/、有sp混成執域之形成。單石墨烯層具有〇335奈米之 太:於片狀矽酸鹽或成層之雙氫氧化物之較佳地0.5至2.5 不=之層間隔,於是於單層之内可存在⑴層之石墨稀層。 纖維丙=腈自丙烯腈之製備係已知的及已經’例如,關於碳 、、之合成’廣博地敍述[US3,681,〇23 ; US4,397,831]。 及^另外提供成層之雙氫氧化物及較佳地菱水鎮紹石 物^具有似菱水鎂鋁石的結構之化合物與聚丙烯腈之複合 t聚丙烯腈係已經至少部分地分解成為石墨烯層。 法,1务明亦提供一種用於製造具有石墨烯層之複合物之方 狀矽^於第一步驟中將丙烯腈加入成層之雙氫氧化物或片 物$ 鹽中致使該丙烯腈可變成組合於該成層之雙氫氧化 第二二狀矽酸鹽的層結構之内,於該層結構内之丙烯腈係於 塢V ^中聚合成為聚丙烯腈及該聚丙烯腈係隨後經由煅 ^ 少部分地分解成為石墨烯層,以便於形成具有以聚丙 201127750 烯=之相對分子質量計之低㈣% 物之方法,其巾料-步驟巾將丙 物中致使該丙稀腈可變成組合於 么2:= 匕 —、。構之内,於祕構内之丙烯腈係於第二步驟中 聚丙烯腈及該聚丙烯腈係隨後經由# 13 '、、 成為石墨騎。 而至少部分地分解 成’丙_交佳地係逐滴地加入 2石夕酸鹽較佳地係如粉末存在及較佳地係乾 t之添加之隸少之切存在。適合之触及特別較佳之 成層之雙氫氧化物或片狀㈣鹽係已經於以上於本專利申 請案^外詳細地敍述。對於製造方法,較佳者係使用成層 ^雙氫氧化物。於製造方法之第—步驟中,可使用成層之雙 氫氧化物的氫氧化物或氧化物。對於製造方法,較佳地使用 氧化物。 於本發明之較佳具體實施例中,於添加至成層之雙氫氧化 物或片狀矽酸鹽之前將一種聚合作用引發劑加入丙烯腈 中,俾能協助丙烯腈之聚合作用。用於兩烯腈之適合之聚合 作用引發^彳對於热習此項技藝者係已知的。適合之聚合作用 引發劑之實例係偶氮化合物、過氧化物及/或光及高能量輻 射。可能之引發劑係,例如,過氧化辛酸第三丁基酯(tert_butyl peroctoate)、過氧化苯甲醯基、過氧化二月桂醯基、過氧新 戊酸第二丁酯(tert-butylperpivalate)、偶氮基雙(異丁腈)、 201127750 二第三丁基過氧基-3,3,5-三曱基環己烷、六氫對酞酸二第三 丁基過氧基酯、2,5-二曱基己烷2,5-二過苯曱酸酯、過氧-2-乙基己酸第三丁酯(t-butyl per-2-ethylhexanoate)、偶氮基雙 (2,4-二甲基戊腈)、2,5_二曱基_2,5_二(第三丁基過氧基)己 烷、過氧化二辛醯基、過氧新癸酸第三丁酯(t-butyl perneodecanoate)、過氧基二碳酸二異丙酯。聚合作用亦可係 藉由光及光引發劑而引起。 丙烯腈對於成層之雙氫氧化物或片狀矽酸鹽之混合比率 係較佳地選擇,致使該成層之雙氫氧化物或該片狀矽酸鹽係 以丙烯腈完全地飽和。當選擇適合之混合比率及成層之雙氫 氧化物或片狀矽酸鹽係如粉末使用時,當該粉末係完全潤濕 時,丙烯腈可變成組合於層結構中。 於第二製造步驟中,於成層之雙氫氧化物或片狀矽酸鹽之 層結構内之丙烯腈係聚合成為聚丙烯腈。該聚合作用可係經 由對於熟習此項技藝者已知之種種方法而引發。例如,該聚 合作用可係藉由游離輻射而引發[US3,681,023]。當使用聚合 作用引發劑諸如過氧化苯曱醯基時,丙烯腈之聚合作用可係 經由此種物質之添加及較佳地經由溫和加熱至於5〇°c至1〇〇 °C之範圍内之溫度及較佳地於氧化之條件下而開始及進 行。反應較佳地係進行歷時2至3小時之期間。本發明因此另 外提供一種用於製造具有石墨埽層之複合物之方法,其中丙 烯腈係連同聚合作用引發劑一起添加至成層之雙氣氧化物 或至片狀矽酸鹽。 於第三製造步驟中’於成層之雙氫氧化物或片狀石夕酸鹽之 12 201127750 層中存在之經聚合之丙烯腈係經由煅燒而至少部分地分解 或石f化以形成石墨烯層。此第三步驟首先包含該聚丙烯腈之 %疋作用(即成環作用及交聯)及係於2〇〇至5〇〇。匸之溫度, 車义佳地於氧化之條件下及較佳地逐步地進行。經交聯之聚丙 烯腈然後係經由被加熱到至少7 〇 〇。〇之溫度(倘若僅使用成 層之雙氫氧化物以製造本發明之複合物),或者較佳地至少 8〇〇°C ’更佳地900°C ’特別較佳地i,〇〇(TC及甚至更佳地到從 1,600至2,〇〇〇〇C之溫度及很特別較佳地至2 〇〇〇〇Ci溫度較 佳地於惰性氣體之流(即非氧化之條件)之下分解或碳化。 煅燒之持續時間係視,除了其他以外,受煅燒之數量而定。 锻燒較佳地係於習用之烘箱中進行歷時10分鐘之期間,較佳 地至少40分鐘及甚至更佳地至少9〇分鐘或於微波烘箱中進 行歷時至少5分鐘及較佳地至少45分鐘。 本發明另外提供一種用於製造具有石墨烯層之複合物之 方法’其中該煅燒步驟包含溫度上升,特定言之逐步之溫度 上升,到從200°C至50(TC以穩定聚丙烯腈及隨後之溫度上升 到至少700 C (倘若僅使用成層之雙氫氧化物)及較佳地到 至少800°C,以至少部分地分解聚丙烯腈成為石墨烯層。 本發明另外提供一種具有石墨烯層之複合物,該複合物係 已經經由一種根據本發明用於製造具有石墨烯層之複合物 之方法而製造。 此外’已令人驚Ί牙地發現,本發明之複合物係適合於製造 較佳地0.5奈米至2.5奈米之石墨烯層(即1至7層之石墨烯 層)’及更佳地0,7奈米至1.5奈米之石墨烯層(即2至4層之石 13 201127750 墨烯層)。對於此目的,本發明之複合物係以酸或鹼處理。 適合之酸係,例如,氫氟酸、氫氣酸、硝酸或硫酸。適合之 驗係,例如,氫氧化鈉、氫氧化钟及鹽諸如氟化錄。可使用 之其他酸及鹼對於熟習此項技藝者係已知的。同時或接連地 使用複數之酸或複數之鹼,亦係可能的。 用於石墨烯層之此種製造方法克服,關於藉由已知石墨烯 製造方法經由氣相沈積作用而獲得之石墨晞之低產量的已 知缺點[Xianbao Wang等人,Chem. Vap. Deposition Vol. 15, 2〇〇9, pp. 53-56]。於此種已知之方法中,當使用1克之催化劑 時石墨烯之產量係0.1克。比較碳奈米管經由氣相沈積作用之 製造,其中每克使用之催化劑獲得200-300克之碳奈米管之 產1 ’此係很低的。該產量可係經由本發明方法而增加。 用於石墨烯層之本發明之製造方法之另外優點係低之層 厚度,其可係經由此種方法而產生。 本發明另外提供根據本發明之複合物用於製造石墨浠層 之用途。 【實施方式】 實例 實例1 將 10克之來自 Sasol Deutschland GmbH之Pural MG70菱水 鎂鋁石於烘箱中於7(TC乾燥,俾能降低過量之水分。此種菱 水鎂銘石材料具有70重量與30重量%之八12〇3之名 目化學組成(nominal chemicai C0mp0Siti0n),於個別層之間 具有0.7奈米間隔之層結構中堆積。然後將5毫升之丙烯腈與 14 201127750 10¾克之過氧化苯甲醯基摻和,過氧化笨曱醯 解。然後將此種溶液逐滴地加入菱水鎂鋁 ^拌,: 均勻之混合物為止。於液體與== ⑹,=,==水馳石G·5毫升之丙稀 於 器中及於煤箱中於和侧3小時。: 之層之内’將丙稀腈聚合成為聚丙稀腈。▼用 h 於此種方法之期間分解。由於聚合作用之^彳=劑係 色自白色改變成為淡黃色。然後提高空氣:之顏 此步驟之朗,聚丙烯腈係㈣。生成相二: 製造之術語中,此步雜如聚腈^二^提 致石墨賴她時2小時。此導 現暗灰色。該複合物(見圖υ於其碳含量,因此呈 鏡像片(上方左側,小圖)顯示該之透射電子顯微 六角形之小片結構及於高解析度”石材料之典型之 顯示稠密之金屬氧化物(暗色區2部右側,較大之圖) 色區域)之交替之層結構。 ^交低稠岔之石墨烯(淡 實例2 除了使用具有1.7奈米之層間ρ
GmbH之Pural MG 63 ABSA作為基阳自 SaS〇1 Deutschland ’ 水鎸鋁石材料以外,進行 15 201127750 如於實例1中之相同方法步驟。此種材料包含63重Θ 〇 MgO與37重量%iA12〇3。為了將於個別之菱水鎮紹之 間之間隔自0.7奈米增加至L7奈米,於菱水鎂鋁石===之 期間將間-胺基笨磺酸加入。於碳化作用後獲得之材^坆·^ 全黑色,此由於與於實例1中獲得之材料比較,其具=== 比例之碳之緣故。此係歸因於較多之石墨烯可插入該菱水鎂 銘石材料之顯著地較大之層間隔之中。圖2之透射電子顯微 鏡像片顯示相似於圖1中者之結構。 【圖式簡單說明】 圖1 :於菱水鎂鋁石材料puralMG70之層結構之内之石墨 稀層。可看到金屬氧化物(暗色)與石墨烯層(較淡色)之 交替之層。 圖2 ·於菱水鎮紹石材料purai MG 6 3之層結構之内之石墨 烯層。 圖3 : PuraiMG70菱水鎂鋁石起始材料。 【主要元件符號說明】 無

Claims (1)

  1. 201127750 七、申請專利範圍: 一裡风層之雙氩氧化物 物,該聚丙鱗紅經至少^酸鹽與聚丙麟之複合 有以聚丙稀腈之相對分子^分地分解成為石墨烯層及具 量比例。 M I計之低於20%之氮的相對質 .種成層之雙氫氧化物盘年石比t . 你a / r 、 奶與歙丙烯腈之複合物,該聚丙烯腈 係已經至少部分地分解成為石墨烯層。 3. 如申 '專利範圍第i或2項之複合物,其特徵為該複合物 包含由菱水鎂紹石及/或具有似菱水鎂紹石的結構之化合物 組成之群組中選出之成層之雙氮氧化物。 4. 如申請專利範圍第3項之複合物,其特徵為該菱水鎂鋁石 具有通式 m2x2+m23 + (o)(4x+4)/2,其中 M2x2+係由 Mg、Zn、 Cu'Ni、Co、Μη、Ca及/或Fe組成之群組中選出之二價金 屬’ M〗係由Al、Fe、Co、Mn、La、Ce及/或Cr組成之 群组中選出之三價金屬及x係於0.5間隔之0.5至10之數 字。 5.如申請專利範圍第2至4項中任一項之複合物,其特徵為 該成層之雙氫氧化物具有0.5至2.5奈米之層間隔。 6· —種用於製造具有石墨烯層之複合物之方法,其中於第一 步驟中將丙烯腈加入成層之雙氫氧化物或片狀石夕酸鹽中’ 該丙烯腈係於第二步驟中聚合成為聚丙烯腈及該聚丙烯腈 係隨後經由煅燒而至少部分地分解成為石墨婦層以便於瓜 成具有以聚丙烯腈之相對分子質量計之低於20%之氮的相 對質量比例之複合物。 17 201127750 7. —種用於製造具有石墨烯層之複合物之方法,其中於第一 步驟中將丙烯腈加入成層之雙氫氧化物中,該丙烯腈係於 第二步驟中聚合成為聚丙烯腈及該聚丙烯腈係隨後經由煅 燒而至少部分地分解成為石墨烯層。 8. 如申請專利範圍第6項之用於製造具有石墨烯層之複合物 之方法’其特徵為該煅燒步驟包含溫度上升,特定言之逐 步之溫度上升,到從2〇〇°C至500°C以穩定該聚丙烯腈及隨 後之溫度上升到至少800。。以至少部分地分解聚丙烯睛成 為石墨稀層。 9. =專利範圍第7項之用於製造具有石墨烯㈣ 牛徵為該般燒步驟包含溫度上升,特定言之遂 :之到從赋至赋以穩定該聚丙浠腈及隨 升到至少载以至少部分地分_烯^ 1〇·如申請專利範圍帛6至9項中任一項之用 11. 一 烯層之複合物之方法,其特徵為丙烯腈传^有石 引發劑一起加入成層之雙氮氧化物“;^同f合作月 12. 種製k石墨烯層之方法,其係藉由如 至5項中任1及/或第U項之具有石^專利範圍第 酸或鹼處理。 土烯層之複合物白, 13.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013120307A1 (zh) * 2012-02-17 2013-08-22 北京化工大学 利用无机层状材料层间二维限域空间制备石墨烯的方法

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010038518A1 (de) 2010-07-28 2012-02-02 Bayer Technology Services Gmbh Elektrisch leitfähige Pasten mit erhöhter Ladungsspeicherfähigkeit umfassend Graphenlagen und Lagen aus Schichtsilikaten oder Schichtdoppelhydroxide, sowie mit diesen Pasten hergestellte elektrische Kondensatoren
CN102263239B (zh) * 2011-06-21 2016-02-10 深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司 一种类石墨烯包覆掺杂锰酸锂复合正极材料及其制备方法
CN102351172B (zh) * 2011-06-28 2013-09-11 中国科学技术大学 一种多层石墨烯的制备方法
US9360905B2 (en) * 2012-04-09 2016-06-07 Nanotek Instruments, Inc. Thermal management system containing an integrated graphene film for electronic devices
CN102876287B (zh) * 2012-10-17 2014-06-11 东南大学 一种自组装叠层红外膜材料及其制备方法
CN103779097A (zh) * 2012-10-23 2014-05-07 海洋王照明科技股份有限公司 一种石墨烯-碳纳米管复合材料及其制备方法与应用
CN102942171B (zh) * 2012-10-25 2014-10-29 常州大学 一种二维纳米碳片的制备方法
CN102910622B (zh) * 2012-10-25 2014-10-29 常州大学 一种二维纳米石墨烯的制备方法
US9899120B2 (en) 2012-11-02 2018-02-20 Nanotek Instruments, Inc. Graphene oxide-coated graphitic foil and processes for producing same
CN102921443B (zh) * 2012-11-06 2014-08-20 北京化工大学 可见光响应的镍钛水滑石与石墨烯复合光催化剂及其制备方法
CN103073009B (zh) * 2012-12-20 2014-12-03 华南理工大学 阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料及其制备方法
US10566482B2 (en) 2013-01-31 2020-02-18 Global Graphene Group, Inc. Inorganic coating-protected unitary graphene material for concentrated photovoltaic applications
US10087073B2 (en) 2013-02-14 2018-10-02 Nanotek Instruments, Inc. Nano graphene platelet-reinforced composite heat sinks and process for producing same
CN103275524B (zh) * 2013-05-27 2015-01-28 淮北师范大学 一种石墨烯高岭土复合纳米橡胶填料的制备方法
CN103359792B (zh) * 2013-07-22 2015-01-14 中国科学院青海盐湖研究所 铁含量较高的MgFe二元类水滑石及其制备方法
CN103920497B (zh) * 2014-04-02 2016-03-30 北京化工大学 一种石墨烯负载原子级厚度超薄金属片的制备方法
US9614063B2 (en) * 2014-04-16 2017-04-04 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Homoepitaxial tunnel barriers with functionalized graphene-on-graphene and methods of making
CN104276566B (zh) * 2014-09-09 2016-09-14 深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司 一种石墨烯及其制备方法
CN104637699B (zh) * 2015-02-12 2017-08-04 福建师范大学 一种基于三维多孔石墨烯复合材料制备超级电容器的方法
CN104609415B (zh) * 2015-02-12 2016-07-06 福建师范大学 一种低成本可规模化制备石墨烯的方法
CN104609414B (zh) * 2015-02-12 2016-07-06 福建师范大学 一种三维多孔石墨烯复合材料的制备方法
CN104857960B (zh) * 2015-04-22 2017-10-10 北京化工大学 石墨烯导向多级结构复合氧化物催化剂及其制备方法
CN104817062B (zh) * 2015-05-07 2016-08-17 常州大学 一种二维氮掺杂石墨烯的制备方法
WO2016206242A1 (zh) * 2015-06-24 2016-12-29 中国科学院过程工程研究所 一种用于直流特高压的绝缘组合物、制备方法及其用途
CN105439131B (zh) * 2015-12-17 2017-05-10 成都新柯力化工科技有限公司 一种以碳化钙为原料制备石墨烯的方法
CN106867604B (zh) * 2017-03-09 2021-12-28 北京奈泊科技有限公司 一种石墨烯-类水滑石复合物及其制备方法与应用
CN107403658B (zh) * 2017-07-17 2019-02-15 北京大学 一种高导电性石墨烯薄膜及其制备方法
CN108854875B (zh) * 2018-04-10 2021-07-23 中国科学院合肥物质科学研究院 一种花状镁铁层状氢氧化物微球-石墨烯复合材料及其应用
CN110982586B (zh) * 2019-11-05 2021-10-29 四川碳世界科技有限公司 一种高抗磨强修复的石墨烯汽轮机油及其制备方法
CN116082754B (zh) * 2023-01-03 2024-05-03 万华化学集团股份有限公司 一种改性氧化石墨烯/水滑石复合材料及其制备方法和在阻燃补强聚丙烯复合材料中的应用

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3681023A (en) 1968-12-20 1972-08-01 Asahi Chemical Ind Production of carbon fibers
US3879523A (en) 1969-12-12 1975-04-22 Kyowa Chem Ind Co Ltd Composite metal hydroxides
JPS5663014A (en) 1979-10-25 1981-05-29 Toho Rayon Co Ltd Flameproofing and carbonizing method of acrylonitrile fiber
JPS61201606A (ja) * 1985-03-05 1986-09-06 Chuzo Kato 無機有機高分子複合体より窒化物および炭化物の製造方法
US4921681A (en) 1987-07-17 1990-05-01 Scientific Design Company, Inc. Ethylene oxide reactor
JPH0621020B2 (ja) * 1987-11-28 1994-03-23 東北大学長 層状化合物を用いた高配向性シート状黒鉛の製造法
US4774212A (en) 1987-12-22 1988-09-27 Amoco Corporation Pillared hydrotalcites
JP2794463B2 (ja) * 1989-08-30 1998-09-03 東邦レーヨン株式会社 分極性電極材用アクリロニトリル系活性炭素繊維
US5399329A (en) 1993-07-06 1995-03-21 Aristech Chemical Corporation Hydrotalcite-like materials having a sheet-like morphology and process for production thereof
US5578286A (en) 1994-04-29 1996-11-26 Aluminum Company Of America Two powder synthesis of hydrotalcite-like compounds with divalent or polyvalent organic anions
US6514473B2 (en) 1995-02-03 2003-02-04 Sasol Germany Gmbh Process for producing hydrotalcites and the metal oxides thereof
DE60037519T2 (de) 1999-08-11 2008-12-24 Akzo Nobel N.V. Abriebfeste formkörper, die anionische, kristalline tonerden enthalten
DE10119233A1 (de) 2001-04-19 2002-11-07 Sued Chemie Ag Verfahren zur Herstellung von Hydrotalcit-Vorläufern bzw. von Hydrotalciten
DE10351268A1 (de) 2003-10-31 2005-06-02 Basf Ag Modifizierte Schichtsilikate und Polyurethane, enthaltend exfolierte Schichtsilikate
US7662321B2 (en) 2005-10-26 2010-02-16 Nanotek Instruments, Inc. Nano-scaled graphene plate-reinforced composite materials and method of producing same
US7566410B2 (en) 2006-01-11 2009-07-28 Nanotek Instruments, Inc. Highly conductive nano-scaled graphene plate nanocomposites
RU2435801C2 (ru) * 2006-02-24 2011-12-10 Акцо Нобель Н.В. Огнестойкий композиционный материал
US8012420B2 (en) * 2006-07-18 2011-09-06 Therm-O-Disc, Incorporated Robust low resistance vapor sensor materials
WO2008097343A2 (en) * 2006-08-08 2008-08-14 William Marsh Rice University Functionalized graphene materials and method of production thereof
US9540763B2 (en) * 2009-03-04 2017-01-10 The Texas A&M University System Multilayer coating for flame retardant foam or fabric

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013120307A1 (zh) * 2012-02-17 2013-08-22 北京化工大学 利用无机层状材料层间二维限域空间制备石墨烯的方法

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