用于改性石墨烯的方法和設備的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于改性石墨烯的方法和設備，更具體地說，涉及采用二氧化碳改性 石墨烯的方法和設備。
[0002] 本申請要求享有于2013年08月21日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第 2013-0099288號的權(quán)益，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003] 石墨烯為石墨（天然存在于自然界中的三維結(jié)構(gòu)的碳同素異形體）的碳原子以二 維片狀形式的六邊形平面結(jié)構(gòu)排列的材料。石墨烯的碳原子形成sp 2鍵，具有單原子厚度的 片狀形式。
[0004] 石墨烯具有令人矚目的優(yōu)異的導電性和導熱性，以及物理性能，如優(yōu)異的機械強 度、柔韌性、彈性、取決于厚度的量子化的透明度、高比表面積等，可通過存在于石墨烯中的 原子的特定鍵合結(jié)構(gòu)來解釋。構(gòu)成石墨烯的碳的四個外圍電子中的三個形成sp 2雜化軌道 以具有0鍵，而剩余的一個電子與周圍的碳原子形成π鍵以提供六邊形二維結(jié)構(gòu)。因此，石墨 烯具有不同于其它碳同素異形體的能帶結(jié)構(gòu)，且不存在帶隙而展現(xiàn)出優(yōu)異的導電性;然而， 石墨烯為在費米能級處的電子能態(tài)密度為〇的半金屬材料，因此根據(jù)其是否被摻雜可輕松 改變電性能。
[0005] 因此，由于石墨烯可以廣泛應用于汽車、能源、航天、建筑和制藥領域，以及各種電 氣電子領域，如新一代材料、電容器、電磁屏蔽材料、傳感器、顯示器等，它們可替代硅電氣 電子材料，所以將石墨烯應用于各種領域內(nèi)的技術(shù)的研究已在大規(guī)模地進行。
[0006] 作為制備石墨烯的方法，已研究了用膠帶從石墨片剝離石墨烯單層的膠帶法 (scotch-tape method)或剝離法(peel off method)、化學氣相沉積法、通過在碳化娃基底 (SiC)上層壓的外延生長法(epitaxial growth method)、利用熱量來剝離石墨稀的熱剝離 (thermal exfoliation)法、化學還原法等。
[0007] 其中，化學還原法具有的優(yōu)勢為，可進行大規(guī)模生產(chǎn)，提供了經(jīng)濟上的可行性，并 且可容易地將各種功能基團引入到石墨烯片中。與此同時，在這個方法中，應當使用如肼等 的還原劑用于石墨烯氧化物的脫氧反應，其中由于高的腐蝕性、爆炸性、人體毒性等，這些 脫氧劑的大部分是危險的，并且制得的石墨烯可包含雜質(zhì)等，以致導電性可能會被降低。另 外，還存在的可能性是，石墨烯的各個層在還原過程完成之后可能會重新組合，并且難以控 制石墨稀的尺寸，以致石墨稀的所需功能可能不會有效地發(fā)揮。
[0008] 因此，應當進行能夠獲得具有所需的晶體尺寸的石墨烯，甚至是通過更經(jīng)濟和低 風險的工藝的改性石墨烯的方法的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] [技術(shù)問題]
[0010] 本發(fā)明致力于提供一種采用二氧化碳的甚至是通過經(jīng)濟和低風險的工藝的能夠 獲得具有所需的晶體尺寸的石墨烯的用于改性石墨烯的方法和設備。
[0011] [技術(shù)方案]
[0012] 本發(fā)明的一個示例性實施方式提供了一種用于改性石墨烯的方法，包括:將液態(tài) 的二氧化碳注入含有石墨烯的反應器中；通過使二氧化碳分別升溫和升壓至20至50°C和73 至200個大氣壓來改性所述石墨烯;釋放壓力并冷卻改性的石墨烯；以及通過裝滿去離子水 的回收池來回收釋放壓力的石墨烯。
[0013] 另外，本發(fā)明的另一個示例性實施方式提供了一種用于改性石墨烯的設備，包括： 第一改性反應器，其在20至50°C的溫度和73至200個大氣壓的壓力下采用二氧化碳來進行 石墨烯的第一改性反應;二氧化碳進料栗，其將二氧化碳供給至所述第一改性反應器中；原 料注入設備，其將所述石墨烯注入到所述第一改性反應器中；第一壓力釋放器，其連接至所 述第一改性反應器的后端;和回收池，其連接至所述第一壓力釋放器的后端并在裝滿去離 子水的狀態(tài)下回收石墨烯。
[0014][有益效果]
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的用于改性石墨烯的方法和設備，將在特定的壓力和溫度范圍下用二 氧化碳改性石墨烯的過程重復若干次，并通過裝滿去離子水的回收池來回收改性的石墨 烯，從而可獲得具有所需的晶體尺寸的石墨烯，而且可重復利用用于反應中的二氧化碳，因 而是經(jīng)濟的，且不采用獨立的有毒化學品等，因而是環(huán)境友好的。
【附圖說明】
[0016] 圖1示例性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的用于改性石墨烯的設備。
[0017] 圖2顯示了通過本發(fā)明的實施例1和對比實施例1所獲得的石墨烯的XRD測量結(jié)果。
[0018] 圖3為簡要顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式改性的石墨烯的狀態(tài)的示意圖。 [0019]圖4顯示了通過本發(fā)明的實施例1和2和對比實施例1所獲得的石墨烯的掃描電子 顯微鏡(SEM)的圖像。
[0020] 圖5顯示了通過本發(fā)明的實施例1和2和對比實施例1所獲得的石墨烯的透射電子 顯微鏡(TEM)的圖像。
[0021] 【附圖標記】
[0022] 10:原料注入設備
[0023] 11:二氧化碳儲存池
[0024] 12:二氧化碳冷卻器
[0025] 13:二氧化碳進料栗
[0026] 14:第一改性反應器
[0027] 15:第二改性反應器
[0028] 16:回收池
[0029] 18:二氧化碳循環(huán)冷卻器
[0030] 20:第一壓力釋放器 [0031] 21:第二壓力釋放器
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明的用于改性石墨烯的方法包括:將液態(tài)的二氧化碳注入含有石墨烯的反應 器中；通過使二氧化碳分別升溫和升壓至20至50°C和73至200個大氣壓來改性所述石墨烯； 釋放壓力并冷卻改性的石墨烯；以及通過裝滿去離子水的回收池來回收釋放壓力的石墨 稀。
[0033]另外，本發(fā)明的用于改性石墨烯的設備包括:第一改性反應器，其在20至50°C的溫 度和73至200個大氣壓的壓力下采用二氧化碳來進行石墨烯的第一改性反應;二氧化碳進 料栗，其將二氧化碳供給至所述第一改性反應器中；原料注入設備，其將所述石墨烯注入到 所述第一改性反應器中；第一壓力釋放器，其連接至所述第一改性反應器的后端；和回收 池，其連接至所述第一壓力釋放器的后端并在裝滿去離子水的狀態(tài)下回收石墨烯。
[0034] 此處所用的術(shù)語，如第一、第二等，是用做解釋各種不同的部件，且這些術(shù)語僅用 于將一個部件與另一個部件相區(qū)別。
[0035] 此處所用的術(shù)語僅用做描述示例性實施方式的目的，而不意圖為限定本發(fā)明。單 數(shù)形式意圖也包括復數(shù)形式，除非上下文有明確的相反指示。應當進一步理解的是，術(shù)語 "包含"、"提供"和/或"具有"，當被用于本說明書中時，指的是聲稱的特征、數(shù)量、步驟或部 件或它們的組合的存在，但不排除一個或多個其它的特征、數(shù)量、步驟、部件或它們的組合 的存在或添加。
[0036] 盡管本發(fā)明可被多方面地修飾且具有若干實施方式，但示例性實施方式會圖示于 附圖中，并將在詳細說明中予以詳述。然而，本發(fā)明并不限于具體的實施方式，而應被解讀 為包括本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所包含的全部變化、等效方式和替換方式。
[0037] 下文中，將更加詳細地描述本發(fā)明。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式的用于改性石墨烯的方法包括:將液態(tài)的二氧 化碳注入含有石墨烯的反應器中；通過使二氧化碳分別升溫和升壓至20至50°C和73至200 個大氣壓來改性所述石墨烯;釋放壓力并冷卻改性的石墨烯；以及通過裝滿去離子水的回 收池來回收釋放壓力的石墨烯。
[0039] 另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方式，在所述用于改性石墨烯的方法中，使 二氧化碳升溫和升壓的過程；以及釋放壓力并冷卻改性的石墨烯的過程可被重復兩次以 上。另外，所述用于改性石墨烯的方法可進一步包括回收從所述釋放壓力并冷卻改性的石 墨烯的過程排放的二氧化碳的過程，以使得所述二氧化碳被重復利用。在回收的二氧