CN111986832A - 一种含氮半导体石墨及其制备方法 - Google Patents

一种含氮半导体石墨及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于含氮半导体石墨制备技术领域，尤其是一种含氮半导体石墨及其制备方法，针对现有技术石墨的制备方式复杂，不具有含氮半导体石墨，且现有的石墨导电性能受到材质不能的局限，导电性能差的问题，现提出如下方案，其包括包括以下成分：氮源10‑20份，石墨40‑50份，镍包碳纤维炭黑2‑4份、金属粉2‑6份、金属纤维3‑6份、碳纤维3‑7份，磷铜粉2‑4份，粘稠剂5‑10份，分散剂3‑6份，防腐剂2‑5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤维和磷铜粉均具有导电性。本发明制备操作方便，可以制备含氮半导体石墨，可以提高石墨导电性能。

Description

一种含氮半导体石墨及其制备方法
技术领域
本发明涉及含氮半导体石墨制备技术领域，尤其涉及一种含氮半导体石墨及其制备方法。
背景技术
石墨是由石墨烯片层按照AB、ABC或AA进行层层堆叠构成的，单层的石墨烯是构成各种sp2杂化碳材料的基本单元，得到稳定存在的石墨烯结构是材料学家与物理学家的梦想，理想的二维材料对于材料与物理的发展是极大的推进。在石墨烯的能带结构中，其导带与价带直接接触，呈倒圆锥形，其带隙为零，无法实现电流电压等有效控制，大大制约了石墨烯在逻辑电路等电子器件上的广泛应用。因而，打开带隙成为推进石墨烯在电子学领域中广泛应用的最为重要的方法和手段。石墨烯的六元环结构使得其对称性高，带隙为零，因此破坏石墨烯的对称性可以有效实现对石墨烯带隙的打开。目前很多研究采用掺杂、打孔、石墨烯纳米带化、石墨烯电场调控等手段可以实现石墨烯带隙的打开。
石墨的制备方式复杂，不具有含氮半导体石墨，且现有的石墨导电性能受到材质不能的局限，导电性能差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术石墨的制备方式复杂，不具有含氮半导体石墨，且现有的石墨导电性能受到材质不能的局限，导电性能差的缺点，而提出的一种含氮半导体石墨及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种含氮半导体石墨，包括以下成分：氮源10-20份，石墨40-50份，镍包碳纤维炭黑2-4份、金属粉2-6份、金属纤维3-6份、碳纤维3-7份，磷铜粉2-4份，粘稠剂5-10份，分散剂3-6份，防腐剂2-5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤维和磷铜粉均具有导电性，混合后可以提高石墨的导电性能，同时金属纤维和碳纤维具有良好的韧性和延展性能，提高石墨的韧性，防腐剂可以提高石墨的防腐性能。
优选的，包括以下成分：氮源13-18份，石墨43-48份，镍包碳纤维炭黑3-4份、金属粉3-5份、金属纤维4-6份、碳纤维4-6份，磷铜粉3-4份，粘稠剂6-8份，分散剂4-6份，防腐剂3-5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳。
优选的，包括以下成分：氮源16份，石墨46份，镍包碳纤维炭黑3.5份、金属粉4份、金属纤维5份、碳纤维5份，磷铜粉3.5份，粘稠剂7份，分散剂5份，防腐剂3-5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳。
一种含氮半导体石墨的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所有原料粉碎为粉末并筛选；
S2：将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂充分混合；
S3：对混合后的原料进行加热烘烤，将水分蒸发；
S4：再次对原料进行混合并间歇性加入粘稠剂搅拌；
S5：将搅拌均匀的胶体混合物导出压制成型并烘干，得到含氮半导体石墨板；
S6：将含氮半导体石墨板切割、加工成合适形状。
优选的，所述S1中使用粉碎机和研磨机配合对所有原料进行粉碎和研磨，并通过筛网进行筛选，得到原料粉体备用。
优选的，所述S2中使用混合器，将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂依次加入，进行充分混合。
优选的，所述S3中混合完成后，通过混合器外置加热器对混合器内部进行加热，将混合原料中的水分蒸发。
优选的，所述S4中在混合器的顶部设置间歇漏料结构，将粘稠剂加入间歇漏料结构中，通过间歇漏料结构向混合原料中间歇性加入粘稠剂并不停的混合搅拌，使得混合原料变得粘稠，得到胶体混合物，所述间歇漏料结构包括漏斗和电磁阀门，漏斗设置在混合器上，电磁阀门设置在漏斗上。
优选的，所述S5中将混合完成后的胶体混合物倒出到模具中，通过挤压定型装置和烘干装置对模具内的胶体混合物烘干，所述挤压定型装置包括液压推杆、压板，液压推杆与压板连接，通过液压推杆推动压板对胶体混合物压制成型，烘干装置包括鼓风机和加热丝，加热丝将电能转化为热能，鼓风机将热气吹向模具对胶体混合物烘干，得到含氮半导体石墨板。
优选的，所述S6中使用切割机或打磨机将含氮半导体石墨板首先打磨抛光，然后切割加工成需要的形状即可。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本方案镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤维和磷铜粉均具有导电性，混合后可以提高石墨的导电性能；同时金属纤维和碳纤维具有良好的韧性和延展性能，提高石墨的韧性；防腐剂可以提高石墨的防腐性能。
本发明制备操作方便，可以制备含氮半导体石墨，可以提高石墨导电性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
一种含氮半导体石墨及其制备方法，包括以下成分：氮源16份，石墨46份，镍包碳纤维炭黑3.5份、金属粉4份、金属纤维5份、碳纤维5份，磷铜粉3.5份，粘稠剂7份，分散剂5份，防腐剂3-5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳。
一种含氮半导体石墨的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所有原料粉碎为粉末并筛选；
S2：将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂充分混合；
S3：对混合后的原料进行加热烘烤，将水分蒸发；
S4：再次对原料进行混合并间歇性加入粘稠剂搅拌；
S5：将搅拌均匀的胶体混合物导出压制成型并烘干，得到含氮半导体石墨板；
S6：将含氮半导体石墨板切割、加工成合适形状。
本实施例中，S1中使用粉碎机和研磨机配合对所有原料进行粉碎和研磨，并通过筛网进行筛选，得到原料粉体备用。
本实施例中，S2中使用混合器，将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂依次加入，进行充分混合，混合搅拌速度为360转/min，混合时间为20min。
本实施例中，S3中混合完成后，通过混合器外置加热器对混合器内部进行加热，将混合原料中的水分蒸发，加热干燥温度为300-350℃，干燥时间为15min。
本实施例中，S4中在混合器的顶部设置间歇漏料结构，将粘稠剂加入间歇漏料结构中，通过间歇漏料结构向混合原料中间歇性加入粘稠剂并不停的混合搅拌，使得混合原料变得粘稠，得到胶体混合物，间歇漏料结构包括漏斗和电磁阀门，漏斗设置在混合器上，电磁阀门设置在漏斗上，间歇性加入粘稠剂可以提高粘稠剂混合的均匀性。
本实施例中，S5中将混合完成后的胶体混合物倒出到模具中，通过挤压定型装置和烘干装置对模具内的胶体混合物烘干，挤压定型装置包括液压推杆、压板，液压推杆与压板连接，通过液压推杆推动压板对胶体混合物压制成型，烘干装置包括鼓风机和加热丝，加热丝将电能转化为热能，鼓风机将热气吹向模具对胶体混合物烘干，得到含氮半导体石墨板，压制力度为300N每平方米，烘干温度为170-200℃，烘干时间为30min。
本实施例中，S6中使用切割机或打磨机将含氮半导体石墨板首先打磨抛光，然后切割加工成需要的形状即可。
实施例二
一种含氮半导体石墨及其制备方法，包括以下成分：氮源16份，石墨46份，镍包碳纤维炭黑3.5份、金属粉4份、金属纤维5份、碳纤维5份，磷铜粉3.5份，粘稠剂7份，分散剂5份，防腐剂3-5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳。
一种含氮半导体石墨的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所有原料粉碎为粉末并筛选；
S2：将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂充分混合；
S3：对混合后的原料进行加热烘烤，将水分蒸发；
S4：再次对原料进行混合并间歇性加入粘稠剂搅拌；
S5：将搅拌均匀的胶体混合物导出压制成型并烘干，得到含氮半导体石墨板；
S6：将含氮半导体石墨板切割、加工成合适形状。
本实施例中，S1中使用粉碎机和研磨机配合对所有原料进行粉碎和研磨，并通过筛网进行筛选，得到原料粉体备用。
本实施例中，S2中使用混合器，将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂依次加入，进行充分混合，混合搅拌速度为340转/min，混合时间为25min。
本实施例中，S3中混合完成后，通过混合器外置加热器对混合器内部进行加热，将混合原料中的水分蒸发，加热干燥温度为300-350℃，干燥时间为18min。
本实施例中，S4中在混合器的顶部设置间歇漏料结构，将粘稠剂加入间歇漏料结构中，通过间歇漏料结构向混合原料中间歇性加入粘稠剂并不停的混合搅拌，使得混合原料变得粘稠，得到胶体混合物，间歇漏料结构包括漏斗和电磁阀门，漏斗设置在混合器上，电磁阀门设置在漏斗上，间歇性加入粘稠剂可以提高粘稠剂混合的均匀性。
本实施例中，S5中将混合完成后的胶体混合物倒出到模具中，通过挤压定型装置和烘干装置对模具内的胶体混合物烘干，挤压定型装置包括液压推杆、压板，液压推杆与压板连接，通过液压推杆推动压板对胶体混合物压制成型，烘干装置包括鼓风机和加热丝，加热丝将电能转化为热能，鼓风机将热气吹向模具对胶体混合物烘干，得到含氮半导体石墨板，压制力度为320N每平方米，烘干温度为170-200℃，烘干时间为35min。
本实施例中，S6中使用切割机或打磨机将含氮半导体石墨板首先打磨抛光，然后切割加工成需要的形状即可。
实施例三
一种含氮半导体石墨及其制备方法，包括以下成分：氮源20份，石墨50份，镍包碳纤维炭黑4份、金属粉6份、金属纤维6份、碳纤维7份，磷铜粉4份，粘稠剂10份，分散剂6份，防腐剂5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳。
一种含氮半导体石墨的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所有原料粉碎为粉末并筛选；
S2：将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂充分混合；
S3：对混合后的原料进行加热烘烤，将水分蒸发；
S4：再次对原料进行混合并间歇性加入粘稠剂搅拌；
S5：将搅拌均匀的胶体混合物导出压制成型并烘干，得到含氮半导体石墨板；
S6：将含氮半导体石墨板切割、加工成合适形状。
本实施例中，S1中使用粉碎机和研磨机配合对所有原料进行粉碎和研磨，并通过筛网进行筛选，得到原料粉体备用。
本实施例中，S2中使用混合器，将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂依次加入，进行充分混合，混合搅拌速度为320转/min，混合时间为30min。
本实施例中，S3中混合完成后，通过混合器外置加热器对混合器内部进行加热，将混合原料中的水分蒸发，加热干燥温度为300-350℃，干燥时间为20min。
本实施例中，S4中在混合器的顶部设置间歇漏料结构，将粘稠剂加入间歇漏料结构中，通过间歇漏料结构向混合原料中间歇性加入粘稠剂并不停的混合搅拌，使得混合原料变得粘稠，得到胶体混合物，间歇漏料结构包括漏斗和电磁阀门，漏斗设置在混合器上，电磁阀门设置在漏斗上，间歇性加入粘稠剂可以提高粘稠剂混合的均匀性。
本实施例中，S5中将混合完成后的胶体混合物倒出到模具中，通过挤压定型装置和烘干装置对模具内的胶体混合物烘干，挤压定型装置包括液压推杆、压板，液压推杆与压板连接，通过液压推杆推动压板对胶体混合物压制成型，烘干装置包括鼓风机和加热丝，加热丝将电能转化为热能，鼓风机将热气吹向模具对胶体混合物烘干，得到含氮半导体石墨板，压制力度为330N每平方米，烘干温度为170-200℃，烘干时间为40min。
本实施例中，S6中使用切割机或打磨机将含氮半导体石墨板首先打磨抛光，然后切割加工成需要的形状即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含氮半导体石墨，其特征在于，包括以下成分：氮源10-20份，石墨40-50份，镍包碳纤维炭黑2-4份、金属粉2-6份、金属纤维3-6份、碳纤维3-7份，磷铜粉2-4份，粘稠剂5-10份，分散剂3-6份，防腐剂2-5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳。
2.一种含氮半导体石墨，其特征在于，包括以下成分：氮源13-18份，石墨43-48份，镍包碳纤维炭黑3-4份、金属粉3-5份、金属纤维4-6份、碳纤维4-6份，磷铜粉3-4份，粘稠剂6-8份，分散剂4-6份，防腐剂3-5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳。
3.一种含氮半导体石墨，其特征在于，包括以下成分：氮源16份，石墨46份，镍包碳纤维炭黑3.5份、金属粉4份、金属纤维5份、碳纤维5份，磷铜粉3.5份，粘稠剂7份，分散剂5份，防腐剂3-5份，氮源包括氮气、氮化硅、氮化镁、氮化钙、氮化碳。
4.一种含氮半导体石墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所有原料粉碎为粉末并筛选；
S2：将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂充分混合；
S3：对混合后的原料进行加热烘烤，将水分蒸发；
S4：再次对原料进行混合并间歇性加入粘稠剂搅拌；
S5：将搅拌均匀的胶体混合物导出压制成型并烘干，得到含氮半导体石墨板；
S6：将含氮半导体石墨板切割、加工成合适形状。
5.根据权利要求4所述的一种含氮半导体石墨的制备方法，其特征在于，所述S1中使用粉碎机和研磨机配合对所有原料进行粉碎和研磨，并通过筛网进行筛选，得到原料粉体备用。
6.根据权利要求4所述的一种含氮半导体石墨的制备方法，其特征在于，所述S2中使用混合器，将氮源，石墨，镍包碳纤维炭黑、金属粉、金属纤维、碳纤，磷铜粉，分散剂和防腐剂依次加入，进行充分混合。
7.根据权利要求4所述的一种含氮半导体石墨的制备方法，其特征在于，所述S3中混合完成后，通过混合器外置加热器对混合器内部进行加热，将混合原料中的水分蒸发。
8.根据权利要求4所述的一种含氮半导体石墨的制备方法，其特征在于，所述S4中在混合器的顶部设置间歇漏料结构，将粘稠剂加入间歇漏料结构中，通过间歇漏料结构向混合原料中间歇性加入粘稠剂并不停的混合搅拌，使得混合原料变得粘稠，得到胶体混合物，所述间歇漏料结构包括漏斗和电磁阀门，漏斗设置在混合器上，电磁阀门设置在漏斗上。
9.根据权利要求4所述的一种含氮半导体石墨的制备方法，其特征在于，所述S5中将混合完成后的胶体混合物倒出到模具中，通过挤压定型装置和烘干装置对模具内的胶体混合物烘干，所述挤压定型装置包括液压推杆、压板，液压推杆与压板连接，烘干装置包括鼓风机和加热丝。
10.根据权利要求4所述的一种含氮半导体石墨的制备方法，其特征在于，所述S6中使用切割机或打磨机将含氮半导体石墨板首先打磨抛光，然后切割加工成需要的形状即可。
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