ES2617036A2 - Un material compuesto de grafeno y método para producirlo - Google Patents

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Abstract

Un material compuesto de grafeno y método para producirlo. El material compuesto de grafeno comprende al menos un grafeno que se exfolia parcialmente de un material de carbono a base de grafito y se dispersa en un material de base. En el material compuesto de grafeno, la proporción (3R) basada en un método de difracción de rayos X, que se define en la siguiente Ecuación 1 es del 31% o más: Proporción (3R) = P3/(P3+P4) x 100 Ecuación 1 donde P3 es un pico de intensidad de un plano (101) de la capa de grafito romboédrico (3R) en base al método de difracción de rayos X, y P4 es un pico de intensidad de un plano (101) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al método de difracción de rayos X, siendo el grafeno un cristal de un tamaño medio de 100 nm o más y formado en forma de tipo en copos o de tipo en hoja que tiene 10 capas o menos.

Description

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UN MATERIAL COMPUESTO DE GRAFENO Y METODO PARA PRODUCIRLO
DESCRIPCION
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un material compuesto de grafeno que comprende al menos un grafeno que se exfolia parcialmente de un material de carbono a base de grafito y se dispersa en un material de base, asi como un metodo para producir el mismo.
Antecedentes del arte
En los ultimos anos, se ha estudiado el uso de diversos nanomateriales con propositos de reduccion del tamano y del peso en diversos objetos. En particular, debido a problemas ambientales o de recursos, los materiales de carbono tales como el grafeno, CNT (nanotubos de carbono, por las iniciales en ingles de Carbon NanoTube) y fullereno han atraido la atencion como nanomateriales no metalicos.
Por ejemplo, aunque el negro de humo se ha utilizado como auxiliar conductor para batehas de iones de litio y otros articulos similares, en los ultimos anos se han estudiado las nanofibras de carbono VGCF (marca comercial registrada) que fabrica Showa Denko K.K., etc. Para asegurar adicionalmente la conductividad (Literatura de Patentes 1).
Entre ellos, el grafeno es superior a otros materiales de carbono en cuanto a la productividad masiva, facilidad de manejo, etc., asi como su rendimiento, y en diversos campos se han generado expectativas sobre el grafeno.
Para obtener grafeno de alta calidad que tenga, por ejemplo, menos capas de grafito, se ha estudiado un metodo que establece el siguiente procedimiento: aplicar debiles ondas ultrasonicas al grafito natural en un solvente (NMP) durante un tiempo prolongado (7-10 horas), eliminar los aglomerados de gran tamano que se depositan sobre el fondo, y luego centrifugar el sobrenadante para concentrarlo, para obtener de esa manera una dispersion de grafeno en la cual el 20% o mas de los copos de una unica capa, 40% o mas de los copos de capas dobles o triples, y menos del 40% de los copos de 10 capas o mas de un material de grafito se dispersan en aproximadamente 0,5 g/L (Literatura de Patentes 2).
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Lista de Citas Literatura de Patentes
PTL 1: JP-A-2013-77475 (Parrafo 0023)
PTL 2: WO 2014/064432 (lmeas 4-9 en la pagina 19)
Literatura que no es de Patentes
NPL 1: Structural Change of Graphite with Griding; autores: Michio INAGAKI, Hisae MUGISHIMA, y Kenji HOSOKAWA; 1 de febrero, 1973 (Recibido)
NPL 2: Changes of Probabilities P1, PABA, PABC with Heat Treatment of Carbons; autores: Tokiti NODA, Masaaki IWATSUKI, y Michio INAGAKI; 16 de septiembre, 1966 (Recibido)
NPL 3: Spectroscopic and X-ray diffraction studies on fluid deposited rhombohedral graphite from the Eastern Ghats Mobile Belt, India; G. Parthasarathy, Current Science, Vol. 90, No. 7, 10 de abril, 2006
NPL 4: Classification of solid carbon materials and their structural characteristics; Nagoya Institute of Technology; Shinji KAWASAKI Sintesis de la invencion Problema Tecnico
Sin embargo, aun cuando el material de grafito (20% o mas de los copos de una unica capa, 40% o mas de los copos de capas dobles o triples, y menos del 40% de los copos de 10 capas o mas) que se obtiene por el metodo divulgado en la Literatura de Patentes 2 se mezcla en un solvente, la cantidad de grafeno dispersa en el solvente es pequena, y solo se ha podido obtener una dispersion de grafeno diluida. Ademas, aunque se considera que se recoge y concentra un sobrenadante, en los tratamientos se demora un tiempo prolongado para repetir los pasos de recoleccion y concentration del sobrenadante, y existe el problema de la menor eficiencia de production de la dispersion de grafeno. Como se divulga en la Literatura de Patentes 2, aun al someter al grafito natural a un tratamiento ultrasonico durante un tiempo prolongado, solo se exfolian partes debiles de la superficie, otras partes grandes no contribuyen a la exfoliation, y el que la cantidad de grafeno exfoliado sea pequena se considera un problema.
La invencion se dirige especialmente a solucionar dichos puntos problematicos, y
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provee un material a base de carbono en forma de grafito, a partir del cual el grafeno se exfolia facilmente llevando a cabo tratamientos predeterminados sobre el grafito natural, y que hace posible dispersar el grafeno en una alta concentration o en alto grado, constituyendo un precursor de grafeno. Por lo tanto, un objeto de la invention consiste en proveer un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno con dichas caracterlsticas, asl como un metodo para producir el mismo.
Solution al problema
Para resolver los problemas descritos anteriormente, el material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno de la invencion se caracteriza por tener una capa de grafito romboedrico (3R) y una capa de grafito hexagonal (2H), donde la proportion (3R) entre la capa de grafito romboedrico (3R) y la capa de grafito hexagonal (2H), medida por un metodo de difraccion de rayos X, que se define en la siguiente Ecuacion 1 es del 31% o mas:
Proporcion (3R) = P3/(P3+P4)*100 Ecuacion 1
donde
P3 es un pico de intensidad de un plano (101) de la capa de grafito romboedrico (3R) en base al metodo de difraccion de rayos X, y
P4 es un pico de intensidad de un plano (101) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X.
De acuerdo con dicha forma de realization, como all! se incluye una abundante la capa de grafito romboedrico (3R) desde la cual se exfolia facilmente una capa, se puede obtener un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno, desde el cual se exfolia facilmente el grafeno, y que hace posible dispersar el grafeno en una alta concentracion o en gran medida.
El material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno de la invencion se caracteriza porque la proporcion (3R) es del 40% o mayor.
De acuerdo con dicha forma de realizacion, con la condition de que la proporcion (3R) sea del 40% o mas, se puede obtener facilmente un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno del cual el grafeno se exfolia mas facilmente, en comparacion con los casos donde la proporcion (3R) es del 31% o mayor y menor del 40%.
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En otra forma de realization, el material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno de la invention se caracteriza porque la proportion (3R) es del 50% o mayor.
De acuerdo con dicha forma de realization, con la condition de que la proportion (3R) sea del 50% o mayor, se puede obtener facilmente un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno del cual el grafeno se exfolia mas facilmente, en comparacion con los casos donde la proportion (3R) es del 40% o mas y menor del 50%.
El material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno de la invention se caracteriza porque la proportion entre las intensidades P1/P2 de la capa de grafito hexagonal (2H) es de 0,01 o mas segun el metodo de difraccion de rayos X, donde
P1 es un pico de intensidad de un plano (100) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X, y
P2 es un pico de intensidad de un plano (002) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X.
De acuerdo con dicha forma de realizacion, cuando la proporcion entre las intensidades P1/P2 de la capa de grafito hexagonal (2H) es de 0,01 o mas, el desorden de la orientation de la estructura cristalina del material de carbono sera mayor, el grafeno se exfoliara facilmente, y el material a base de carbono en forma de grafito se puede usar mas eficazmente como precursor.
El material a base de carbono en forma de grafito descrito anteriormente que es util como precursor de grafeno se caracteriza porque el material a base de carbono en forma de grafito se produce llevando a cabo un tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio y un tratamiento basado en fuerzas flsicas en el vaclo o al aire.
De acuerdo con dicha forma de realization, al combinar un tratamiento basado en un proceso impulsado por ondas de radio como microondas, ondas con longitudes de onda del orden de millmetros, plasma, calentamiento por induction electromagnetica (IH), campos magneticos u otros similares, y un tratamiento basado en una fuerza flsica ejercida por un molino de bolas, molino de chorros, fuerza centrlfuga, condiciones supercrlticas u otras condiciones similares, sobre un material de grafito natural en el
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vaclo o al aire, se obtiene un material a base de carbono en forma de grafito que incluye mas capas de grafito romboedrico (3R). Ademas, como los tratamientos se llevan a cabo al vaclo o al aire, los tratamientos posteriores son simples.
Un metodo para producir un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno de la invention se caracteriza porque incluye: llevar a cabo un tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio y un tratamiento basado en fuerzas flsicas sobre un material de grafito natural en el vaclo o al aire.
De acuerdo con dicha forma de realization, al combinar un tratamiento basado en un proceso impulsado por ondas de radio, por microondas, ondas con longitudes de onda del orden de millmetros, plasma, calentamiento por induction electromagnetica (IH), campos magneticos u otros similares, y un tratamiento basado en una fuerza flsica ejercida por un molino de bolas, un molino de chorros, una fuerza centrlfuga, condiciones supercrlticas u otros medios similares, se puede obtener en un corto tiempo un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno, que se separa mas facilmente para dar grafeno, en comparacion con el uso de cualquiera de los tratamientos.
Un metodo para producir un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno de la invencion se caracteriza porque el material de grafito natural descrito anteriormente tiene por lo menos una capa de grafito hexagonal (2H), y una proportion entre las intensidades P1/P2 de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X que es menor de 0,01, donde P1 es un pico de intensidad de un plano (100) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X, y
P2 es un pico de intensidad de un plano (002) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X.
De acuerdo con dicha forma de realizacion, el material de carbono se puede producir a partir de un grafito natural que se puede obtener facilmente donde el desorden de la orientation de la estructura cristalina de material de carbono es menor y generalizada. El material a base de carbono en forma de grafito de la invencion se caracteriza por tener una capa de grafito romboedrico (3R) y una capa de grafito hexagonal (2H), donde la proporcion (3R) entre la capa de grafito romboedrico (3R) y la capa de grafito hexagonal (2H), medida por un metodo de difraccion de rayos X, que se define en la
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siguiente Ecuacion 1 es de 31% o mas:
Proportion (3R) = P3/(P3+P4)*100 Ecuacion 1
donde
P3 es un pico de intensidad de un plano (101) de la capa de grafito romboedrico (3R) en base al metodo de difraccion de rayos X, y
P4 es un pico de intensidad de un plano (101) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X.
De acuerdo con dicha forma de realization, se puede obtener una abundante capa de grafito romboedrico (3R) que se exfolia facilmente en capas.
Otros aspectos adicionales son los siguientes:
Una dispersion de grafeno que se caracteriza porque la dispersion de grafeno se obtiene llevando a cabo un tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio y un tratamiento basado en fuerzas flsicas aplicadas sobre el material a base de carbono en forma de grafito descrito anteriormente que es util como precursor de grafeno en un llquido.
De acuerdo con esta forma de realization, en un llquido tal como un solvente, el calor actua sobre el material a base de carbono en forma de grafito debido a la fuerza que imponen las ondas de radio en forma de microondas, ondas con longitudes de onda del orden de millmetros, plasma, calentamiento por induction electromagnetica (IH), campos magneticos u otros similares, y adicionalmente se aplica sobre los mismos una fuerza flsica usando un molino de bolas, un molino de chorros, una fuerza centrlfuga, condiciones supercrlticas u otros medios similares. Por lo tanto, al combinar el tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio y el tratamiento basado en fuerzas flsicas, se exfolia facilmente una gran cantidad de grafeno en un corto tiempo, es menor la cantidad de material a base de carbono en forma de grafito desde el cual no se exfolia el grafeno y que permanece en el llquido, por ejemplo un solvente, y el grafeno se encuentra altamente disperso en dicha solution. Por lo tanto, se puede dispersar una gran cantidad de grafeno en un llquido tal como un solvente, y se obtiene una dispersion concentrada de grafeno.
La dispersion de grafeno se caracteriza por contener por lo menos 0,01 o mas partes en peso de grafeno.
De acuerdo con esta forma de realizacion, cuando hay presente por lo menos 0,01 o
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mas partes en peso de grafeno, el grafeno tiene una alta dispersabilidad, y por lo tanto, se pueden ejercer suficientemente las funciones que se obtienen con las dispersiones del grafeno.
Un material compuesto de grafeno se caracteriza porque el material compuesto de grafeno se obtiene mezclando el material a base de carbono en forma de grafito descrito anteriormente que es util como precursor de grafeno o la dispersion de grafeno descrita anteriormente con un material compuesto de base, seguido del amasado mientras se aplica una fuerza de cizalla.
De acuerdo con esta forma de realizacion, el material a base de carbono en forma de grafito descrito anteriormente o la dispersion de grafeno descrita anteriormente y el material compuesto de base se amasan mientras se les aplica una fuerza de cizalla, y por lo tanto, el grafeno se exfolia facilmente del mismo, y el grafeno exfoliado se encuentra altamente disperso. Por lo tanto, se obtiene un material compuesto de grafeno, que puede dispersar una gran cantidad de grafeno en un material compuesto de base tal como: monomeros, pollmeros, otros materiales de carbono, ceramicas, madera, cementos, o metales.
El material compuesto de grafeno se caracteriza porque en el amasado del precursor de grafeno o la dispersion de grafeno con el material compuesto de base se utiliza un compatibilizante.
De acuerdo con esta forma de realizacion, debido a los efectos del compatibilizante, el grafeno se exfolia mas facilmente.
La dispersion de grafeno se caracteriza porque, cuando 0,1 parte en peso del material a base de carbono en forma de grafito descrito anteriormente que es util como precursor de grafeno se mezcla con N-metilpirrolidona (NMP), y a la mezcla resultante se le aplica una onda ultrasonica con una potencia de 100 W y con una frecuencia de 20 kHz durante 3 horas para dispersar el grafeno, donde se expone un 50% o mas de la cantidad total de grafeno que tiene 10 capas o menos y precursores de grafeno.
De acuerdo con esta forma de realizacion, solo al llevar a cabo los tratamientos descritos anteriormente se puede obtener una 0,1 parte en peso del material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno, en forma de una dispersion de grafeno en la cual el grafeno esta disperso en una alta concentration o en gran medida, de manera tal que la cantidad de grafeno que tiene 10 capas o menos sea
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el 50% o mas con relacion a la cantidad total de grafeno y precursores de grafeno.
Un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno se caracteriza porque el material a base de carbono en forma de grafito se puede utilizar amasando un material compuesto de base.
De acuerdo con esta forma de realizacion, se aplica una fuerza de cizalla sobre el material a base de carbono en forma de grafito amasandolo, y de esa manera, exfoliando el grafeno facilmente del mismo, y consiguiendo que el grafeno exfoliado se encuentre altamente disperso. Por lo tanto, se obtiene un material compuesto de grafeno, que puede dispersar una gran cantidad de grafeno en un material compuesto de base tal como: monomeros, pollmeros, otros materiales de carbono, ceramicas, madera, cementos, o metales.
El grafeno en el material compuesto de base se caracteriza porque el materiales compuestos de base una resina.
De acuerdo con esta forma de realizacion, se puede obtener un artlculo moldeado en resina con un alto grado de dispersion del grafeno. Por ejemplo, se puede obtener un artlculo moldeado en resina con un excelente modulo elastico.
Breve descripcion de las figuras
La Figura 1 es una figura que muestra la estructura cristalina del grafito, donde (a) se refiere a la estructura cristalina de los cristales hexagonales, y (b) se refiere a la estructura cristalina de los cristales romboedricos.
La Figura 2 es un diagrama que muestra un perfil de difraccion de rayos X del grafito natural.
La Figura 3 es un diagrama que ilustra un aparato A de produccion en el cual se utiliza un molino de chorros y plasma del Ejemplo 1.
La Figura 4 es una figura que ilustra un aparato B de produccion en el cual se utiliza un molino de bolas y un magnetron del Ejemplo 1, donde (a) es un diagrama que ilustra un estado pulverizado, y (b) es un diagrama que ilustra un estado donde se recogen materiales a base de carbono en forma de grafito (precursores).
La Figura 5 es un diagrama que muestra un perfil de difraccion de rayos X de un material a base de carbono en forma de grafito de la Muestra 5 que se produjo utilizando el aparato productor B de acuerdo con el Ejemplo 1.
La Figura 6 es un diagrama que muestra un perfil de difraccion de rayos X de un
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material a base de carbono en forma de grafito de la Muestra 6 que se produjo utilizando el aparato productor A de acuerdo con el Ejemplo 1.
La Figura 7 es un diagrama que muestra un perfil de difraccion de rayos X de un material a base de carbono en forma de grafito de la Muestra 1 que indica un ejemplo comparativo.
La Figura 8 es un diagrama que muestra un aparato para producir una dispersion usando un material a base de carbono en forma de grafito como precursor.
La Figura 9 es un diagrama que muestra los estados de dispersion de las dispersiones que se produjeron utilizando los materiales a base de carbono en forma de grafito de la Muestra 1 que indica un ejemplo comparativo, y la Muestra 5 que se produjo utilizando el aparato productor B del Ejemplo 1.
La Figura 10 es una imagen de TEM de un material a base de carbono en forma de grafito (grafeno) disperso en una dispersion.
La Figura 11 es una figura que muestra la distribution de estados de un material a base de carbono en forma de grafito dispersa en una dispersion que se produjo usando un material a base de carbono en forma de grafito (precursor) de la Muestra 5, donde (a) es un diagrama que muestra una distribucion de tamanos normal, mientras que (b) es un diagrama que muestra la distribucion del numero de capas.
La Figura 12 es una figura que muestra el estado de la distribucion de un material a base de carbono en forma de grafito dispersa en una dispersion que se produjo usando un material a base de carbono en forma de grafito de la Muestra 1 que indica que el ejemplo comparativo, donde (a) es un diagrama muestra una distribucion de tamanos normal, y (b) es un diagrama que muestra la distribucion del numero de capas.
La Figura 13 es un diagrama que muestra las distribuciones del numero de capas de los materiales a base de carbono en forma de grafito cada uno de los cuales se ha dispersado para dar dispersiones que se produjeron usando las Muestras 1 a 7 como precursores.
La Figura 14 es un diagrama que muestra las proporciones entre el grafeno con 10 capas o menos y el contenido de cristales romboedricos dispersos en una dispersion. La Figura 15 es una figura que muestra el estado de la distribucion de grafito cuando se combinaron diversas condiciones para producir una dispersion usando un material a base de carbono en forma de grafito (precursor) de la Muestra 5 de acuerdo con el
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Ejemplo 2, donde (a) es un diagrama que muestra la distribution en un caso en el cual se aplico un tratamiento ultrasonico y un tratamiento con microondas, mientras que (b) es un diagrama que muestra la distribution del numero de capas en un caso en el cual se realizo un tratamiento ultrasonico.
La Figura 16 es un diagrama que muestra el valor de la resistencia cuando se disperso un material a base de carbono en forma de grafito del Ejemplo 3 en una tinta conductora.
La Figura 17 es un diagrama que muestra la resistencia a la traction cuando se amaso un material a base de carbono en forma de grafito del Ejemplo 4 con una resina.
La Figura 18 es un diagrama que muestra la resistencia a la traction cuando se amaso un material a base de carbono en forma de grafito del Ejemplo 5 con una resina.
La Figura 19 es un diagrama que muestra los estados de dispersion de materiales a base de carbono en forma de grafito de dispersiones para describir los estados de dispersion del Ejemplo 5 suplementario, donde (a) es un estado de dispersion de la Muestra 12, y (b) es un estado de dispersion de la Muestra 2.
Description de las formas de realization
La invention se enfoca en la estructura cristalina del grafito, y, en primer termino, se explicaran asuntos relativos a la estructura cristalina. Ya se sabla que el grafito natural se clasifica en tres tipos de estructuras cristalinas, es decir cristales hexagonales, cristales romboedricos y cristales desordenados, dependiendo de la manera en que se superponen las capas. Como se muestra en la Figura 1, los cristales hexagonales tienen una estructura cristalina en la cual las capas estan dispuestas en el orden ABABAB..., mientras que los cristales romboedricos tienen una estructura cristalina en la cual las capas estan dispuestas en el orden de ABCABCABC...
En el grafito natural, casi no hay cristales romboedricos en la etapa en que se excava el grafito natural. Sin embargo, en general en los materiales naturales a base de carbono en forma de grafito existe aproximadamente un 14% de cristales romboedricos debido a la pulverization u otros procesos similares que se llevan a cabo en la etapa de purification. Ademas, ya se sabla que la proportion entre cristales romboedricos converge a aproximadamente 30% aun cuando durante la purification se lleve a cabo una pulverization durante un tiempo prolongado (Literatura que no es de Patentes 1 y 2).
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Ademas, un metodo en el cual el grafito se expande por calentamiento, en vez de hacerlo con fuerzas flsicas tales como la pulverizacion, para dividir de esa manera al grafito en copos. Sin embargo, aun cuando el grafito se trata con una temperatura de 1600 K (aproximadamente 1.300°C), la proporcion entre cristales romboedricos es de aproximadamente 25% (Literatura que no es de Patentes 3). Ademas, la proporcion es de hasta aproximadamente 30% aun cuando se aplique al mismo una temperatura extremadamente alta de 3000°C (Literatura que no es de Patentes 2).
Por lo tanto, aunque es posible aumentar la proporcion entre cristales romboedricos tratando grafito natural con fuerzas flsicas o calor, el llmite superior es de aproximadamente 30%.
Los cristales hexagonales (2H), que el grafito natural incluye en gran cantidad, son muy estables, y la Ecuacion 3 muestra la fuerza de van der Waals entre sus capas de grafeno (Literatura de Patentes 2). Al aplicar una energla que supera esta fuerza, el grafeno se exfolia. La energla necesaria para la exfoliacion es inversamente proporcional al cubo del espesor. Por lo tanto, en un estado de gran grosor donde se superponen numerosas capas, el grafeno es exfoliado por una debil fuerza flsica por ejemplo por ondas ultrasonicas muy debiles. Sin embargo, en un caso en el cual el grafeno se exfolia de un grafito algo delgado, es necesario aplicar una energla muy grande. En otras palabras, aun si el grafito se trata durante un tiempo prolongado, solo se exfolian partes debiles de la superficie, y las partes grandes quedan sin exfoliar. Fvdw = H • A/(6n13) Ecuacion 3
Fvdw: fuerza de van der Waals H: Constante de Hamaker A: Area superficial del grafito o el grafeno t: Espesor del grafito o el grafeno
Los inventores de la presente tuvieron exito al aumentar la proporcion entre cristales romboedricos (3R) hasta un 30% o mas llevando a cabo tratamientos predeterminados sobre el grafito natural, como se muestra mas adelante, que anteriormente solo se habla conseguido aumentar hasta aproximadamente 30% usando tratamientos de pulverizacion o calentamiento hasta temperaturas extremadamente altas. Los siguientes descubrimientos se realizaron como resultado de experimentos y estudios. Es decir, cuando el contenido de cristales romboedricos (3R) en un material a base de
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carbono en forma de grafito es mayor, en particular cuando el contenido es del 31% o mas, el grafeno tiende a exfoliarse facilmente al utilizar uno de dichos materiales a base de carbono en forma de grafito como precursor, para obtener facilmente de esa manera una dispersion de grafeno altamente concentrada y dispersa u otra cosa similares. Debido a esta razon, se considera que, cuando se aplica una fuerza de cizalla u otra similar a los cristales romboedricos (3R), ocurre una deformacion entre las capas, es decir la deformacion en toda la estructura del grafito se hace grande, y el grafeno se exfolia facilmente, independientemente de la fuerza de van der Waals. Por lo tanto, en la invencion, un material a base de carbono en forma de grafito desde el cual se exfolia el grafeno facilmente al llevar a cabo tratamientos predeterminados sobre el grafito natural, y que hace posible dispersar al grafeno en una alta concentration o en gran medida, se denomina un precursor de grafeno. De aqul en adelante, en los siguientes ejemplos se describiran en dicho orden: un metodo para producir un precursor de grafeno con tratamientos predeterminados, una estructura cristalina del precursor de grafeno, y una dispersion de grafeno en la que se utiliza el precursor de grafeno.
Aqul, en la memoria descriptiva, "grafeno” se refiere a grafeno del tipo en copos o en hojas que es un cristal de un tamano medio de 100 nm o mas pero que no es un cristal fino de un tamano medio de entre varios nanometros y decenas de nanometros, y que tiene 10 capas o menos.
Adicionalmente, como el grafeno es un cristal con un tamano medio de 100 nm o mas, cuando el grafito artificial y el negro de humo, que son materiales de carbono amorfos (microcristalinos) diferentes del grafito natural, se tratan de manera pareja, no se puede obtener grafeno (Literatura que no es de Patentes 4).
Ademas, en la memoria descriptiva, un material compuesto de grafeno se refiere a un material compuesto que se produce usando el material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno de acuerdo con la invencion, es decir un material a base de carbono en forma de grafito con una Proportion (3R) de 31% o mas (por ejemplo en las Muestras 2-7 del Ejemplo 1, las Muestras 21, ... del Ejemplo 5 descrito mas adelante).
De aqul en adelante, se describiran ejemplos para llevar a cabo el material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno de acuerdo con la invencion, as! como el metodo para producir el mismo.
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Ejemplo 1
Referente a la production de un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno
Se explicara un metodo para obtener un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno usando un aparato A de produccion en el cual se utiliza un molino de chorros y plasma que se muestra en la Figura 3. Como un ejemplo, el aparato productor A se refiere a un caso en el cual se aplica plasma para el tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio y en el cual se utiliza el molino de chorros para el tratamiento basado en fuerzas flsicas.
En la Figura 3, el slmbolo 1 se refiere a una partlcula de 5 mm o menos de un material de grafito natural (grafito en copos ACB-50 que fabrica Nippon Graphite Industries, ltd.); el slmbolo 2 se refiere a una tolva donde se almacena el material de grafito natural 1; el slmbolo 3 se refiere a una boquilla Venturi que descarga el material de grafito natural 1 desde la tolva 2; el slmbolo 4 se refiere a un molino de chorros que emite chorros del aire bombeado por un compresor 5, y que se divide en ocho lugares, para permitir de esa manera que el material de grafito natural colisione contra el interior de una camara en un chorro soplado; y el slmbolo 7 se refiere a un generador de plasma que rocla un gas 9, por ejemplo oxlgeno, argon, nitrogeno o hidrogeno, a traves de una boquilla 8 desde un tanque 6 y que aplica tension a una bobina 11, bobinada alrededor de la periferia exterior de la boquilla 8, desde un suministro electrico de alta tension 10, generando de esa manera un plasma en el interior de la camara del molino de chorros 4, y se provee un generador de plasma en cada uno de los cuatro lugares en el interior de la camara. El slmbolo 13 se refiere a un cano que conecta entre si al molino de chorros 4 y un recolector de polvo 14; el slmbolo 14 se refiere al recolector de polvo, el slmbolo 15 se refiere a un recipiente de recoleccion; el slmbolo 16 se refiere a un material a base de carbono en forma de grafito (precursor de grafeno); y el slmbolo 17 se refiere al soplador.
A continuation, se explicara el metodo de produccion. Las condiciones para el molino de chorros y plasma son las siguientes.
Las condiciones en el molino de chorros son las siguientes.
Presion: 0,5 MPa
Volumen de aire: 2,8 m3/min
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Diametro interior de la boquilla: 12 mm
Caudal: aproximadamente 410 m/s
Las condiciones para el plasma son las siguientes.
Potencia: 15 W Tension: 8 kV
Gas: Ar (pureza del 99,999 % en volumen)
Caudal del gas: 5 L/min
Los materiales de grafito naturales 1, se cargan dentro de la camara del molino de chorros 4 desde la boquilla Venturi 3, y se aceleran a la velocidad del sonido o una velocidad mayor en el interior de la camara, y se pulverizan por el impacto entre los materiales de grafito naturales 1 o por el impacto de los mismos contra la pared, y, simultaneamente, el plasma 12 descarga una corriente electrica o excita los materiales de grafito naturales 1, actuando directamente sobre los atomos (sobre sus electrones), e intensifica las deformaciones de los cristales, promoviendo de esa manera la pulverizacion. Cuando los materiales de grafito naturales 1 se convierten en finas partlculas con un determinado diametro de partlcula (entre aproximadamente 1 y 10 pm), su masa se reduce, la fuerza centrlfuga se debilita, y, por lo tanto, los materiales de grafito naturales 1 son bombeados para hacerlos salir del cano 13 que esta conectado al centro de la camara.
Un gas que incluye materiales a base de carbono en forma de grafito (precursores de grafeno), que se ha hecho fluir saliendo por el cano 13 hacia el interior de un recipiente cillndrico de la camara del recolector de polvo 14, forma un flujo en espiral, y deja caer los materiales a base de carbono en forma de grafito 16, que colisionan con la pared interna del recipiente, cayendo en un recipiente de recoleccion 15 que esta debajo, mientras se genera una corriente de aire ascendente en el centro de la camara debido que el recipiente tiene una parte ahusada en la parte inferior de la camara, y al gas que se emite desde el soplador 17 (denominado efecto ciclon). De acuerdo con el aparato productor A, en este ejemplo, se utilizan aproximadamente 800 g de un precursor de grafeno proveniente de 1 kg de las materias primas, es decir los materiales de grafito naturales 1. Se obtuvo un material a base de carbono en forma de grafito (precursores de grafeno) 16 (eficiencia de recuperacion: aproximadamente 80%).
A continuation, se describira un metodo para obtener un material a base de carbono en
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forma de grafito que es util como precursor de grafeno basado en el aparato productor B en el cual se utilizan un molino de bolas y microondas que se muestra en la Figura 4. Como un ejemplo, el aparato B se refiere a un caso donde se aplican microondas cuando se utiliza el tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio y un molino de bolas para el tratamiento basado en fuerzas flsicas.
En la Figura 4 (a) y (b), el slmbolo 20 se refiere al molino de bolas; el slmbolo 21 se refiere a un generador de microondas (magnetron); el slmbolo 22 se refiere a una gula de ondas; el slmbolo 23 se refiere a una admision de microondas, el slmbolo 24 se refiere a un medio; el slmbolo 25 se refiere a partlculas de 5 mm o menos de un material de grafito natural (grafito en copos ACB-50 que fabrica Nippon Graphite Industries, ltd.); el slmbolo 26 se refiere a un recipiente de recoleccion; el slmbolo 27 se refiere a un filtro; y el slmbolo 28 se refiere a un material a base de carbono en forma de grafito (precursores de grafeno).
A continuation, se explicara el metodo de production. Las condiciones para el molino de bolas y las microondas son las siguientes.
Las condiciones para el molino de bolas son las siguientes.
Velocidad de rotation: 30 rpm Tamano del medio: ^5 mm Especie del medio: bolas de zirconia Tiempo de pulverization: 3 horas
Las condiciones para el generador de microondas (magnetron) son las siguientes.
Potencia: 300 W
Frecuencia: 2,45 GHz
Metodo de irradiation: Intermitente

Se cargan 1 kg de materias primas naturales de carbono en forma de grafito 25 y 800 g

del medio 24 dentro de la camara del molino de bolas 20, la camara se cierra, y la

mezcla se trata con una velocidad de rotacion de 30rpm durante 3 horas. Durante el
tratamiento, se irradia la camara con microondas de manera intermitente (durante 20 segundos cada 10 minutos). Se considera que la irradiacion con microondas actua directamente sobre los atomos (electrones) de las materias primas, intensificando as! las deformaciones de los cristales. Luego del tratamiento, se retiran los medios 24 usando el filtro 27, y entonces se puede recolectar un polvo de aproximadamente 10
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pm de materiales a base de carbono en forma de grafito (precursores) 28 en el recipiente de recoleccion 26.
Referente al perfil de difraccion de rayos X de los materiales a base de carbono en forma de grafito (precursores de grafeno)
Con referencia a las Figuras 5 a 7, se describiran los perfiles de difraccion de rayos X y estructuras cristalinas de los materiales naturales a base de grafito (Muestras 6 y 5) que se produjeron utilizando los aparatos productores A y B, y el polvo de aproximadamente 10 pm de materiales naturales a base de grafito (Muestra 1: ejemplo comparativo) que se obtuvieron usando solo el molino de bolas del aparato productor B. Las condiciones de la medicion para el aparato de difraccion de rayos X son las siguientes.
Fuente : rayos Cu Ka Velocidad de barrido: 20 ° / min Tension en el tubo: 40kV Corriente en el tubo: 30mA
De acuerdo con el metodo de difraccion de rayos X (difractometro de rayos X multiproposito con montaje horizontal de la muestra modelo Ultima IV que fabrica Rigaku Corporation), en cada muestra se miden intensidades de pico P1, P2, P3 y P4 en los planos (100), (002) y (101) de los cristales hexagonales 2H y en el plano (101) de los cristales romboedricos 3R. A continuation, se explicaran dichas intensidades de pico.
Aqul, en las mediciones del perfil de difraccion de rayos X se han utilizado los denominados valores estandarizados en el pals y el extranjero en los ultimos anos. Este difractometro de rayos X multiproposito con montaje horizontal de la muestra modelo Ultima IV que fabrica Rigaku Corporation es un aparato que puede medir un perfil de difraccion de rayos X de acuerdo con JIS R 7651:2007 “Measurement of lattice parameters and crystallite sizes of carbon materials”. Ademas, la Proportion (3R) es la proportion entre la intensidad de la difraccion que se obtiene con la proporcion (3R) = P3 / (P3 + P4)x 100, aun si se cambia el valor de la intensidad de la difraccion, no cambia el valor de la Proporcion (3R). Esto significa que la proporcion entre las intensidades de la difraccion esta estandarizada, y esto comunmente se utiliza para evitar llevar a cabo la identificacion de un valor absoluto dependiente de la sustancia y
su valor no depende de los dispositivos con los que se toma la medicion.
Como se muestra en la Figura 5 y la tabla 1, la Muestra 5 que se produjo utilizando el aparato productor B, que aplica un tratamiento con un molino de bolas y un tratamiento con microondas, mostro grandes proporciones entre las intensidades de pico P3 y P1, y 5 una Proportion (3R) definida por la Ecuacion 1 con una Proportion P3 para una suma de P3 y P4 fue del 46%. Ademas, la proporcion entre las intensidades P1/P2 fue 0,012. Proporcion (3R) = P3/(P3+P4)*100 Ecuacion 1
donde
P1 es un pico de intensidad de un plano (100) de la capa de grafito hexagonal (2H) en 10 base al metodo de difraccion de rayos X,
P2 es un pico de intensidad de un plano (002) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X,
P3 es un pico de intensidad de un plano (101) de la capa de grafito romboedrico (3R) en base al metodo de difraccion de rayos X, y
15 P4 es un pico de intensidad de un plano (101) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X.
[Tabla 1]
Intensidades de pico [cuentasgrado] (20[°])
Cristales hexagonales 2H (100)
162
[P1]
(42,33)
Cristales hexagonales 2H (002)
13157
[P2]
(26,50)
Cristales romboedricos 3R (101)
396
[P3]
(43,34)
Cristales hexagonales 2H (101)
466
[P4]
(44,57)
De la misma manera, como se muestra en la Figura 6 y la tabla 2, la Muestra 6 que se 2 0 produjo utilizando el aparato productor A, que aplica un tratamiento basado en el molino de chorros y un tratamiento basado en plasma, mostro grandes proporciones entre las intensidades de pico P3 y P1, y la proporcion (3R) fue del 51%. Ademas, la proporcion
entre las intensidades P1/P2 fue de 0,014. [Tabla 2]
Intensidades de pico [cuentasgrado] (20[°])
Cristales hexagonales 2H (100)
66
[P1]
(42,43)
Cristales hexagonales 2H (002)
4,675
[P2]
(26,49)
Cristales romboedricos 3R (101)
170
[P3]
(43,37)
Cristales hexagonales 2H (101)
162
[P4]
(44,63)
Ademas, como se muestra en la Figura 7 y la tabla 3, la Muestra 1 que indica un 5 ejemplo comparativo que se produjo usando solo el molino de bolas mostro una pequena proporcion entre la intensidad de pico P3, en comparacion con las Muestras 5 y 6, y la proporcion (3R) fue del 23%. Ademas, la proporcion entre las intensidades P1/P2 fue 0,008.
[Tabla 3]
Intensidades de pico [cuentasgrado] (20[°])
Cristales hexagonales 2H (100)
120
[P1]
(42,4)
Cristales hexagonales 2H (002)
15,000
[P2]
(26,5)
Cristales romboedricos 3R (101)
50
[P3]
(43,3)
Cristales hexagonales 2H (101)
160
[P4]
(44,5)
Por lo tanto, la Muestra 5 que se produjo utilizando el aparato productor B del Ejemplo 1, y la Muestra 6 que se produjo utilizando el aparato productor A del Ejemplo 1 mostraron
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proporciones (3R) de 46% y 51%, respectivamente, y se demostro que sus proporciones (3R) fueron del 40% o mas, o 50% o mas, en comparacion con el grafito natural que se muestra en la Figura 2 y la Muestra 1 que indica un ejemplo comparativo.
Luego, se produjeron dispersiones de grafeno usando los precursores de grafeno que se produjeron segun se dijo anteriormente, y se evaluo su facilidad en exfoliacion de grafeno.
Referente a las dispersiones de grafeno
Se explicara un metodo para producir una dispersion de grafeno haciendo referencia a la Figura 8. La Figura 8 muestra, como un ejemplo, un caso donde se combinan un tratamiento ultrasonico y un tratamiento con microondas en un llquido cuando se produce una dispersion de grafeno.
(1) se cargan 0,2 g de un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno y 200 ml de N-metilpirrolidona (NMP) que sirve como medio de dispersion en un vaso de precipitados 40.
(2) El vaso de precipitados 40 se pone dentro de una camara 42 de un generador de microondas 43, y se inserta un vibrador ultrasonico 44A de una bocina ultrasonica 44 dentro del medio de dispersion 41 desde la direction superior.
(3) se activa la bocina ultrasonica 44, y se aplican ondas ultrasonicas de 20 kHz (100 W) de manera continua durante 3 horas.
(4) Mientras se acciona la anterior bocina ultrasonica 44, se activa el generador de microondas 43 para aplicar all! microondas de 2,45 GHz (300 W) de manera intermitente (irradiation durante 10 segundos cada 5 minutos).
La Figura 9 muestra el aspecto de las dispersiones de grafeno que se producen de la manera descrita anteriormente luego de transcurridas 24 horas.
Aunque una portion de la dispersion de grafeno 30 que se produjo usando la Muestra 5 utilizando el aparato productor B sedimento, se observo un producto que muestra por completo un color negro. Por esto, se considera que una gran porcion de los materiales a base de carbono en forma de grafito que se utilizan como precursores de grafeno se dispersan en un estado donde el grafeno se exfolia de ellos.
En la dispersion 31 usando la Muestra 1 que indica un ejemplo comparativo, decanto la mayor parte de los materiales a base de carbono en forma de grafito, y se confirmo que
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una porcion de los mismos floto como sobrenadante. De los hechos, se considera que el grafeno se exfolio de una pequena porcion de los mismos y que floto como sobrenadante.
Ademas, la dispersion de grafeno que se produjo de la manera descrita anteriormente se diluyo a una concentration observable, se uso para recubrir una probeta de muestra (rejilla para TEM), y la rejilla se seco. De esa manera, se observo el tamano y el numero de capas de grafeno en la imagen capturada de a microscopio electronico de transmision (TEM, por las iniciales en ingles de Transmission Electron Microscope), como se muestra en la Figura 10. Ademas, la rejilla recubierta con el sobrenadante diluido se utilizo como Muestra 1. Por ejemplo, en el caso de la Figura 10, el tamano corresponde a una longitud maxima L de un copo 33, que media 600 nm, en base a la Figura 10 (a). En lo que se refiere al numero de capas, en la Figura 10 (b) se observo la cara posterior del copo 33, y se conto la superposition capas de grafeno, para calcular de esa manera el numero de capas como de 6 capas (una porcion indicada por el slmbolo 34). De esta manera, se midieron el tamano y el numero de capas con respecto a cada copo ("N” indica el numero de copos), y los numeros de capas de grafeno y se obtuvieron los tamanos que se muestran en las Figuras 11 y 12.
Con referencia a la Figura 11 (a), la distribution de tamanos de partlcula (distribution de tamanos) de copos delgados incluidos en la dispersion de grafeno de la Muestra 5 (Proportion (R3) de 46%) que se produjo utilizando el aparato productor B del Ejemplo 1 tenia un pico en los 0,5 pm. Ademas, en la Figura 11 (b), en lo que respecta al numero de capas, se observo una distribucion que tenia un pico en las 3 capas y en la cual el grafeno con 10 capas o menos era el 68%.
Con referencia a la Figura 12, la distribucion de tamanos de partlcula (distribucion de tamanos) de copos delgados incluidos en la dispersion de la Muestra 1 (Proporcion (R3) de 23%) del ejemplo comparativo tenia un pico a los 0,9 pm. Ademas, en lo que se refiere al numero de capas, se observo una distribucion en la cual el grafeno con 30 capas o mas ocupaba la mayor porcion y en donde el grafeno con 10 capas o menos era el 10%.
De los resultados, se descubrio que cuando el producto de la Muestra 5 que se produjo utilizando el aparato productor B se utilizo como precursor de grafeno, se puede obtener una dispersion altamente concentrada de grafeno que contenla mucho grafeno
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de 10 capas o menos y con una excelente dispersabilidad de grafeno.
Ahora, con referencia a la figura 13, se describira la relacion entre la proportion (3R) del precursor de grafeno y el numero de capas en la dispersion de grafeno. Las Muestras 1, 5 y 6 en la Figura 13 son aquellas que se describieron anteriormente. Las Muestras 2, 3 y 4 se produjeron utilizando el aparato productor B que llevo a cabo un tratamiento basado en un molino de bolas y un tratamiento con microondas, y fueron dispersiones de grafeno que se produjeron usando precursores de grafeno que se hablan producido haciendo el tiempo de irradiation con microondas mas corto que para la Muestra 5. Ademas, la Muestra 7 se produjo utilizando el aparato productor A que llevo a cabo un tratamiento basado en un molino de chorros y un tratamiento con plasma, y fue una dispersion de grafeno que se produjo utilizando un precursor de grafeno que se habla hecho aplicando plasma de una mayor potencia que para la Muestra 6.
En la Figura 13, en lo que respecta a las Muestras 2 y 3 que muestran Proporciones (3R) de 31% y 38%, respectivamente, las distribuciones del numero de capas tienen picos del numero de capas en un numero de aproximadamente 13; es decir, las formas de las distribuciones son cercanas a las de una distribution normal (dispersiones usando las Muestras 2 y 3). En lo que respecta a las Muestras 4 a 7 que muestran Proporciones (3R) de 40% o mas, las distribuciones del numero de capas tienen picos en varios numeros de capas (grafeno delgado); es decir, las formas de las distribuciones son las de una denominada distribucion log-normal. Por otro lado, en lo que respecta a la Muestra 1 con una Proporcion (3R) de 23%, la distribucion de la misma tiene un pico correspondiente a un numero de capas de 30 o mas (una dispersion que se hizo usando la Muestra 1). Es decir, se entiende lo siguiente: en los casos donde la proporcion (3R) alcanza un 31% o mas, existe una tendencia de las formas de las distribuciones del numero de capas a diferir de la que tienen en los casos donde la proporcion (3R) es menor al 31%; y ademas, en los casos donde la proporcion (3R) alcanza un 40% o mas, las formas de la distribuciones del numero de capas difieren claramente de las correspondientes a los casos donde la proporcion (3R) es menor al 40%. Ademas, se puede entender que, en lo que respecta a las proporciones de grafeno de 10 capas o menos, la proporcion (3R) de la dispersion en la que se uso la Muestra 3 es del 38%, mientras que la proporcion (3R) de la dispersion en la que se
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uso la Muestra 4 es del 42%, y que, cuando la proportion (3R) alcanza un 40% o mas, se incrementa rapidamente la proporcion del grafeno de 10 capas o menos.
Debido a dichos hechos, se puede considerar que el grafeno de 10 capas o menos se exfolia facilmente en los casos donde la proporcion (3R) es del 31% o mayor, y que, a medida que la proporcion (3R) se incrementa hasta un 40%, 50% y 60%, el grafeno de 10 capas o menos se exfolia mas facilmente. Sin embargo, ademas, se puede considerar que, al contrario, el grafeno de 10 capas o menos es diflcil de exfoliar en aquellos casos donde la proporcion (3R) es menor al 40%. Ademas, enfocandose en la proporcion entre las intensidades P1/P2, las Muestras 2 a 7 muestran valores dentro de un rango comparativamente estrecho de entre 0,012 y 0,016, y todos ellos son preferibles porque los mismos superan a 0,01, donde se considera que el grafeno se exfolia facilmente porque las estructuras cristalinas se deformaran.
Ademas, en la Figura 14 se muestran los resultados que se obtienen al comparar las Proporciones (3R) y las proporciones de grafeno de 10 capas o menos incluidas alll. Con referencia a la figura 14, se descubrio que, cuando la proporcion (3R) alcanzo un valor de 25% o mas, aproximadamente 31%, el grafeno de 10 capas o menos comenzo a aumentar (ya que muestra una pendiente siempre creciente). Ademas, se descubrio que, en aproximadamente 40%, el grafeno de 10 capas o menos aumentaba rapidamente (en lo que se refiere a las proporciones de grafeno de 10 capas o menos, mientras la proporcion (3R) de la dispersion en la que se uso la Muestra 3 fue del 38%, la proporcion (3R) de la dispersion en la que se uso la Muestra 4 fue del 62%, y la proporcion del grafeno de 10 capas o menos aumento rapidamente en un 24% cuando la proporcion (3R) aumento en un 4%), y que el porcentaje de grafeno de 10 capas o menos contra el total de grafeno fue del 50% o mas. Ademas, cada uno de los puntos marcados con cuadrados negros en la Figura 14 corresponde a muestras diferentes, y alll se incluyen las Muestras 1 a 7 descritas anteriormente y otras muestras.
De los hechos, cuando se utiliza una muestra en la que se vio una Proporcion (3R) de 31% o mas como precursor de grafeno para producir una dispersion de grafeno, la proporcion entre el grafeno distribuido de 10 capas o menos comienza a aumentar; ademas, cuando se utilizo una muestra en la que se vio una Proporcion (3R) de 40% o mas como precursor de grafeno para producir una dispersion de grafeno, se produjo un 50% o mas de grafeno de 10 capas o menos. En otras palabras, se puede obtener una
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dispersion de grafeno en la cual el grafeno esta altamente concentrado y altamente disperso. Ademas, como los materiales a base de carbono en forma de grafito (precursores) incluidos en la dispersion que se describieron anteriormente casi no sedimentan, se puede obtener facilmente una dispersion concentrada de grafeno. De acuerdo con este metodo, se puede producir aun una dispersion de grafeno cuya concentration de grafeno superaba 10% sin concentrarla. En particular, la proportion (3R) es preferiblemente del 40% o mas si se tiene en cuenta que la proporcion entre el grafeno de 10 capas o menos disperso se incrementa agudamente hasta un 50% o mas.
La anterior description aclara lo siguiente: cuando la proporcion (3R) es del 31% o mayor, preferiblemente 40% o mayor, y mas preferiblemente del 50% o mas, en muchos casos la separation en grafeno de 10 capas o menos y materiales delgados a base de carbono en forma de grafito de aproximadamente 10 capas ocurre en una mayor proporcion; y en el caso donde dichos materiales a base de carbono en forma de grafito se utilizan como precursores de grafeno, se puede obtener una dispersion altamente concentrada de grafeno que muestra una excelente dispersabilidad del grafeno. Aun adicionalmente, el Ejemplo 5 que se describira mas adelante aclara que, en el caso donde la proporcion (3R) es del 31% o mayor, los materiales a base de carbono en forma de grafito son utiles como precursores de grafeno.
Ademas, en cuanto al llmite superior para la proporcion (3R) se considera que el llmite superior no se define en particular . Sin embargo, es preferible definir el llmite superior de manera tal que la proporcion entre las intensidades P1/P2 satisfaga simultaneamente un valor de 0,01 o mas, porque los precursores de grafeno se exfolian facilmente cuando se hace una dispersion u otro producto similar. Ademas, en los casos de metodos de production en los que se usan aparatos productores A y B, el llmite superior es de aproximadamente 70%, si interesa producir grafeno facilmente. Ademas, es mas preferible un metodo en el que se combina un tratamiento basado en el molino de chorros del aparato productor A y un tratamiento con plasma, porque se puede obtener facilmente un precursor de grafeno con una mayor Proporcion (3R). Ademas, al combinar el tratamiento basado en fuerzas flsicas y el tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio se puede usar cualquier proporcion (3R) con la condicion de que esta alcance el 31% o mas.
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Ejemplo 2
En el Ejemplo 1, se combinaron un caso donde el tratamiento ultrasonico y se explica el tratamiento con microondas para obtener una dispersion de grafeno. En el Ejemplo 2, se llevo a cabo solo un tratamiento ultrasonico mientras que no se llevo a cabo un tratamiento con microondas, y las otras condiciones fueron las mismas que las del Ejemplo 1.
La Figura 15 (b) muestra la distribution de varias capas con respecto a una dispersion de grafeno que se obtuvo por un tratamiento ultrasonico en el que se uso el precursor de grafeno de la Muestra 5 (Proportion (3R) = 46%) que se produjo utilizando el aparato productor B. Ademas, la Figura 15 (a) es la misma que la distribucion que se muestra en la Figura 11 (b) correspondiente a la Muestra 5 que se produjo utilizando el aparato productor B del Ejemplo 1.
Como resultado, aunque la tendencia de la distribucion del numero de capas era casi similar, la proporcion de grafeno de 10 capas o menos fue del 64%, y se redujo ligeramente, en comparacion con el 68% del Ejemplo 1. Ante este hecho, se descubrio que para producir una dispersion de grafeno era mas eficaz llevar a cabo simultaneamente dos de los tratamientos basados en una fuerza flsica y una fuerza impuesta por las ondas de radio.
Ejemplo 3
En el Ejemplo 3, se describira el uso de un ejemplo de una tinta conductora.
Se utilizaron: Muestra 1 (Proporcion (3R) = 23%), Muestra 3 (Proporcion (3R) = 38%), Muestra 5 (Proporcion (3R) = 46%) y Muestra 6 (Proporcion (3R) = 51%) del Ejemplo 1 como precursores de grafeno mezclados en una solution de agua y un alcohol de 3 atomos de carbono o menos, que sirvio como agente para conferir conductividad, en concentraciones adaptadas a las tinta conductoras, produciendo asl: Tinta1, Tinta3, Tinta5 y Tinta6, y se compararon los valores de sus resistencias. En base a los resultados, a medida que las Proporciones (3R) se hicieron mayores, los valores de la resistencia se hicieron menores.
Ejemplo 4
En el Ejemplo 4, se explicara un caso en que se amaso un precursor de grafeno con una resina.
Cuando se produjo una hoja de resina en la cual se disperso grafeno, la resistencia a la
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traccion fue muy superior aunque se agregaron fibras de vidrio. Por lo tanto, se estudio esto como factor, y, de esa manera, se descubrio que el agregado simultaneo de un compatibilizante con las fibras de vidrio contribula a la formation de grafeno a partir del precursor. Por lo tanto, se estudiaron los productos que se obtuvieron mezclando con una resina agentes dispersantes y un compatibilizante.
Se agrego un 1 % en peso de la Muestra 5 (Proportion (3R) = 46%) del Ejemplo 1 como precursor directamente a LLDPE (polietileno), y la mezcla se amaso mientras se aplicaba un esfuerzo de cizalla (una fuerza de cizalla) a la misma usando una amasadora, una amasadora de dos ejes (extrusora) u otros aparatos similares.
Es del conocimiento publico que, cuando un material a base de carbono en forma de grafito se convierte en un grafeno altamente disperso en una resina, se incrementa la resistencia a la traccion. Por lo tanto, al medir la resistencia a la traccion de la resina, se pueden estimar relativamente los grados de exfoliation para dar grafeno y los grados de dispersion. La resistencia a la traccion se midio con una maquina de pruebas de banco de proposito general exacta (AUTOGRAPH AGS-J) que fabrica Shimadzu Corporation en condiciones de velocidad de prueba de 500 mm/min.
Ademas, para comparar el grado de exfoliacion para dar grafeno y la dispersabilidad en funcion de la presencia o ausencia de aditivos, se llevaron a cabo las siguientes comparaciones de tres tipos; (a), (b) y (c).
(a) Sin aditivos
(b) un agente dispersante general (estearato de cinc)
(c) un compatibilizante (un pollmero modificado por injerto)
Los resultados se explicaran haciendo referencia a la Figura 17 que muestra los resultados de la medicion. Ademas, en la Figura 17, los clrculos se refieren a materiales de resina en los que se uso la Muestra 1 del ejemplo comparativo, y los cuadrados se refieren a los materiales de resina en los que se uso la Muestra 5 del Ejemplo 1.
En el caso (a) donde no se agrego aditivo, la diferencia entre las resistencias a la traccion fue pequena.
En el caso (b) donde el se agrego agente dispersante, se descubrio que en el precursor de grafeno de la Muestra 5 la formacion de grafeno fue estimulada en cierta medida.
En el caso (c) donde se agrego el compatibilizante, se descubrio que se estimulo significativamente la formacion de grafeno en el precursor de grafeno de la Muestra 5.
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Se considera que esto se debe a que, ademas de los efectos de dispersion del grafeno, el compatibilizante aglutina a los cuerpos unidos a la capa de grafeno y la resina, y actua sobre ellos de manera tal que los cuerpos unidos a la capa de grafeno son arrancados de la misma, cuando se aplica un esfuerzo de cizalla en dicho estado. El uso de estearato de cinc se explico antes como ejemplo de agente dispersante. Sin embargo, se pueden seleccionar aquellos que sean apropiados para los compuestos. Como ejemplos de agentes dispersantes, se pueden mencionar los tensioactivos anionicos (anion), tensioactivos cationicos (cation), tensioactivos dipolares, y tensioactivos no ionicos. En particular, para el grafeno son preferibles los tensioactivos anionicos y tensioactivos no ionicos. Los mas preferibles son los tensioactivos no ionicos. Como los tensioactivos no ionicos son tensioactivos que no se disocian en iones y que muestran propiedades hidrofllicas debido a la formation de uniones por puente hidrogeno con el agua, segun se observa en los grupos oxietileno, grupos hidroxilo, cadenas de carbohidratos tales como los glucosidos, y otras similares, aunque no posean el fuerte caracter hidrofllico de los tensioactivos ionicos los mismos presentan la ventaja de que se los puede utilizar en solventes no polares. Ademas, al variar las longitudes de cadena de sus grupos hidrofllicos, se pueden variar libremente sus propiedades de lipofllicas a hidrofllicas. Como tensioactivos anionicos, son preferibles las sales de acidos X (por ejemplo de acido X, por ejemplo, acido colico, y acido desoxicolico), por ejemplo, SDC: desoxicolato de sodio, y esteres fosfato. Ademas, como tensioactivos no ionicos, son preferibles los esteres de glicerol y acido graso, esteres de sorbitan y acido graso, etoxilatos de alcohol graso, polioxietileno alquil fenil eter, alquil glicosidos, y otros similares.
En los anteriores Ejemplos 1 a 4, el aparato productor A en el que se utilizan un molino de chorros y plasma, y el aparato productor B en el cual se utilizan un molino de bolas y microondas se describen como aparatos productores que producen un precursor de grafeno. Sin embargo, cuando se combinan un tratamiento basado en un proceso impulsado por ondas de radio tales como por microondas, ondas con longitudes de onda del orden de millmetros, plasma, calentamiento por induction electromagnetica (IH), y campos magneticos, y un tratamiento basado en una fuerza flsica por ejemplo utilizando un molino de bolas, un molino de chorros, fuerza centrlfuga, y condiciones supercrlticas, se puede obtener un precursor con una alta proportion (R3). Por lo tanto,
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dicha combination de los tratamientos es preferible. Ademas, con la condition de que se combinen el tratamiento basado en fuerzas fisicas y el tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio, como tratamiento basado en fuerzas fisicas y el tratamiento basado en procesos impulsados por ondas de radio se puede adoptar cualquier tratamiento espetifico. En particular, como se puede ver en los aparatos productores A y B, es preferible dirigir simultaneamente hacia el mismo lugar los efectos de la fuerza impuesta por las ondas de radio y la fuerza fisica. Sin embargo, como alternativa, la fuerza impuesta por las ondas de radio y la fuerza fisica se pueden dirigir hacia el mismo lugar a intervalos predeterminados. Ademas, en lo que se refiere a la fuerza que imponen las ondas de radio, como alternativa se pueden aplicar alli diferentes ondas de radio, por ejemplo tratamientos basados en microondas y plasma, y, en paralelo con los tratamientos, se pueden llevar a cabo tratamientos basados en una o mas fuerzas fisicas. Ademas, tambien en lo que se refiere a la fuerza fisica, se pueden aplicar alli diferentes fuerzas fisicas, por ejemplo tratamientos basados en un molino de chorros y condiciones supercriticas, como alternativa, y, en paralelo con los tratamientos, se pueden llevar a cabo tratamientos basados en una o mas fuerzas debidas a las ondas de radio.
Ejemplo 5
Para verificar adicionalmente que los productos que se obtienen cuando la proportion (3R) es del 31% o mayor son beneficiosos como precursores de grafeno, segun se describieron anteriormente en el Ejemplo 1, se explicara de manera mas detallada un ejemplo en el cual se amaso un precursor de grafeno con una resina en Ejemplo 5. Lo que sigue explica los modulos elasticos de los articulos moldeados en resina en los cuales se utilizaron como precursores los materiales a base de carbono en forma de grafito que conteman las Muestras 1 a 7 del Ejemplo 1, con las proporciones (3R) graficadas en la Figura 14.
(1) Usando el material a base de carbono en forma de grafito descrito anteriormente como precursor, se mezclaron 5% en peso de LLDPE (polietileno: 20201J que produce Prime Polimer Co., Ltd.) y 1% en peso de un dispersante (tensioactivo no ionico) en agua purificada por intercambio de iones, y el dispositivo descrito anteriormente que se ilustra en la Figura 8 se acciono en las mismas condiciones, con lo cual se obtuvieron dispersiones de grafeno que conteman 5% en peso de grafeno y materiales a base de
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carbono en forma de grafito.
(2) se amasaron 0,6 kg de la dispersion de grafeno que se obtuvo en (1) inmediatamente dentro de una resina de 5,4 kg usando una amasadora (del tipo amasadora presurizada WDS7-30 que produce Moriyama Co., Ltd.), con lo cual se produjeron pellets. Las condiciones del amasado se describiran mas adelante. Se deberla hacer notar que la proportion de mezcla entre la resina y la dispersion se selecciono de manera tal que la cantidad del grafeno y materiales a base de carbono en forma de grafito que se mezclaron fuese finalmente del 0,5% en peso.
(3) A los pellets que se produjeron en (2) se les dio forma de una probeta de acuerdo con JIS K7161 1A (longitud: 165 mm, ancho: 20 mm, espesor: 4 mm) usando una maquina de moldeo por inyeccion.
(4) El modulo elastico (Mpa) de la probeta que se produjo en (3) se midio en condiciones de una velocidad de prueba de 500 mm/min de acuerdo con JIS K7161 usando una maquina de pruebas universal de precision de banco que produce Shimadzu Corporation (AUTOGRAPH AGS-J).
Las condiciones del amasado fueron las siguientes.
Temperatura del amasado: 135°C Velocidad de rotation del rotor: 30 rpm Tiempo de amasado: 15 minutos
Presurizacion en horno: aplicando 0,3 MPa durante 10 minutos luego del inicio, y despresurizacion a la presion atmosferica luego de transcurridos los 10 minutos.
Aqul, la dispersion de la dispersion de grafeno descrita anteriormente dentro de una resina se obtiene de la siguiente manera. Como el punto de fusion de la resina generalmente es de 100°C o mayor, el agua se evapora en la atmosfera, pero en una amasadora presurizada, el interior del horno se puede presurizar. En el interior del horno, el punto de ebullicion del agua se eleva, de manera tal que la dispersion se conserva en forma llquida, por lo que se puede obtener una emulsion de la dispersion y la resina. Luego de aplicar presion durante un tiempo predeterminado, el interior se despresuriza gradualmente, lo que reduce el punto de ebullition del agua, dejando de esa manera que el agua se evapore. Aqul, el grafeno confinado en el agua queda en la resina. Esto hace que el grafeno y los materiales a base de carbono en forma de grafito se dispersen en la resina con una alta concentracion.
Ademas, como el grafeno y los materiales a base de carbono en forma de grafito tienden a precipitar en la dispersion de grafeno a medida que transcurre el tiempo, preferiblemente la dispersion de grafeno se amasa dentro de la resina inmediatamente luego de obtener la dispersion de grafeno.
5 Se deberla hacer notar que lo siguiente se puede utilizar como un medio para obtener la emulsion de la dispersion y la resina, diferente de la amasadora presurizada: un propulsor de productos qulmicos; una mezcladora de vortice; una homomezcladora; una homogeneizadora de alta presion; a maquina HydroShear®; una mezcladora de chorros; un molino de chorros hidraulico; y un generador ultrasonico.
10 Ademas, como solvente para la dispersion, diferentes de agua se pueden utilizar los siguientes compuestos: 2-propanol (IPA); acetona; tolueno; N-metilpirrolidona (NMP); y N,N-dimetil formamida (DMF).
La tabla 4 ilustra la relacion entre las Proporciones (3R) de aproximadamente 30% y los modulos elasticos de los artlculos moldeados en resina. Se deberla hacer notar que la
15 Muestra 00 de la tabla 4 es una muestra de blanco que se amaso sin precursor, las Muestras 11 y 12 tienen Proporciones (3R) entre la de la Muestra 1 y la de la Muestra 2, y la Muestra 21 tiene una Proportion (3R) entre la de la Muestra 2 y la de la Muestra 3. Tabla 4
No. de la Muestra
00 1 11 12 2 21 3 4
P3/(P3+P4)
- 23% 25% 28% 31% 35% 38% 42%
Modulo elastico (MPa) (Promedio de 5 veces)
175 197 196 199 231 249 263 272
Diferencia del
- 12,4 12,0 13,9 31,7 42,1 50,0 55,6
blanco
% % % % % % %
Menos de 10 capas al dispersarse en NMP (Referencia)
10% 12% 25% 25% 30% 38% 62%
2 0 La Figura 18 y la tabla 4 prueban que la diferencia del modulo elastico con respecto al de la Muestra 00 (blanco) (incremento de la proporcion del modulo elastico) es aproximadamente uniforme y de aproximadamente 10% hasta que la proporcion (3R)
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alcanza un 31%; despues de que la proportion (3R) alcanza un 31%, la diferencia se incrementa agudamente hasta el 32%; mientras que la proporcion (3R) se incrementa de 31% a 42%, la diferencia se incrementa de manera monotona hasta un 50%; y despues de que la proporcion (3R) alcanza el 42%, la diferencia se incrementa ligeramente y converge a aproximadamente 60%. De esta manera, cuando la proporcion (3R) es del 31% o mayor, se puede obtener un artlculo moldeado en resina con un excelente modulo elastico. Ademas, como la cantidad de grafeno y materiales a base de carbono en forma de grafito contenidos en un artlculo moldeado en resina es del 0,5% en peso, que es un valor pequeno, la influencia sobre las propiedades que la resina posee originalmente es pequena.
Se considera que esta tendencia se puede atribuir a un acentuado incremento en el contenido de grafeno con 10 o menos capas del material delgado a base de carbono en forma de grafito que esta en contacto con la resina despues de que la proporcion (3R) alcanza el 31%. Aqul, en el Ejemplo 5, es imposible determinar el numero de capas del grafeno por una observation con TEM debido a las influencias del dispersante que se utiliza para obtener la dispersion en agua. Por lo tanto, solo como referencia, se considera que la razon del agudo incremento que se describio anteriormente se basa en la distribution de los numeros de capas del material a base de carbono en forma de grafito que se ilustra en la tabla 4 al dispersarse en NMP. Se compararon la Muestra 12 y la Muestra 2 entre si, y se descubrio que ambas proporciones de grafeno (el numero de capas es de 10 o menos) fueron del 25%. Por otro lado, como se ilustra en la Figura 19, en lo que respecta a la Muestra 2, la proporcion entre los materiales delgados con menos del 15 capas fue mayor en comparacion con la Muestra 12; en otras palabras, el material a base de carbono en forma de grafito disperso con precursor tenia una mayor area superficial, lo que significa que el area del mismo en contacto con la resina se incremento agudamente.
De esta manera, el Ejemplo 5 indica claramente que cuando la proporcion (3R) es del 31% o mayor, el material a base de carbono en forma de grafito que se utiliza como precursor de grafeno tiende a separarse en grafeno con 10 o menos capas y un material delgado a base de carbono en forma de grafito.
Ademas, en los ejemplos descritos anteriormente 1 a 5, el aparato productor A en el que se utiliza un molino de chorros y plasma y el aparato productor B en el que se
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utilizan microondas y ondas ultrasonicas se han descrito como un aparato productor para obtener una dispersion de grafeno usando un precursor. Sin embargo, cuando se combina un tratamiento basado en un proceso impulsado por ondas de radio tales como por microondas, ondas con longitudes de onda del orden de millmetros, plasma, calentamiento por induction electromagnetica (IH) y campos magneticos, con un tratamiento basado en una fuerza flsica por ejemplo utilizando ondas ultrasonicas, un molino de bolas, un molino de chorros, fuerza centrlfuga, y condiciones supercrlticas, se puede obtener una dispersion de grafeno con una alta concentration de grafeno (R3). Por lo tanto, dicha combination de los tratamientos es preferible.
Adicionalmente, siempre y cuando un tratamiento basado en ondas de radio con un tratamiento basado en una fuerza flsica son usados en combinacion, no hay restriction en el tipo especlfico de tratamiento de ondas de radio o en el tratamiento basado en una fuerza flsica a ser aplicado. En particular, tal y como ha sido ejemplificado en los aparatos productores A y B, es preferible que los efectos de las ondas de radio y la fuerza flsica sean ejercidos simultaneamente. Sin embargo, como alternativa la fuerza que imponen las ondas de radio y una fuerza flsica pueden ser ejercidos a intervalos predeterminados.
Ademas, para la fuerza de las ondas de radio, diferentes fuerzas de ondas de radio, tales como por microondas y plasma, pueden ser ejercidas alternativamente, y, en paralelo con los tratamientos, uno o mas tratamientos basados en una fuerza flsica pueden ser ejercidos. A la inversa, para la fuerza flsica, diferentes fuerzas flsicas, tales como un molino de chorros y condiciones supercrlticas, pueden ser ejercidas alternativamente, y, en paralelo con los tratamientos, uno o mas tratamientos basados en ondas de radio pueden ser ejercidos.
Ademas, en los ejemplos descritos anteriormente, el aparato productor en el que se utilizan microondas y ondas ultrasonicas se ha descrito como un aparato productor para obtener una dispersion de grafeno usando un precursor. Sin embargo, cuando se combina un tratamiento basado en un proceso impulsado por ondas de radio tales como por microondas, ondas con longitudes de onda del orden de millmetros, plasma, calentamiento por induccion electromagnetica (IH) y campos magneticos, con un tratamiento basado en una fuerza flsica por ejemplo utilizando ondas ultrasonicas, un molino de bolas, un molino de chorros, fuerza centrlfuga, y condiciones supercrlticas,
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se puede obtener una dispersion de grafeno con una alta concentration de grafeno. Por lo tanto, dicha combination de los tratamientos es preferible. En particular, como se puede ver en el aparato productor, es preferible dirigir simultaneamente hacia el mismo lugar los efectos de las ondas de radio y la fuerza flsica. Sin embargo, como alternativa la fuerza que imponen las ondas de radio y la fuerza flsica se pueden dirigir hacia el mismo lugar a intervalos predeterminados.
Ademas, en los ejemplos descritos anteriormente, se han descrito dispersiones de grafeno, tintas conductoras y artlculos moldeados en resina como aplicaciones usando precursores. Sin embargo, tambien, al mezclar los precursores, como materiales de base, dentro de los materiales compuestos de base tales como monomeros, pollmeros, otros materiales de carbono, ceramicas, maderas, cementos o metales, se pueden obtener materiales compuestos de grafeno. Es decir, en la presente memoria descriptiva, un material compuesto de grafeno se refiere a productos que abarcan a las dispersiones de grafeno, tinta conductoras y artlculos moldeados en resina descritos anteriormente. Ademas, una dispersion de grafeno abarca a los productos en pasta con altas viscosidades.
Como ejemplos de llquidos o materiales de base para la dispersion de precursores, se pueden mencionar los siguientes materiales. Inclusiones en resinas de polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS), poli(cloruro de vinilo) (PVC), resinas ABS (ABS), resinas acrllicas (PMMA), poliamida/nailon (PA), poliacetal (POM), policarbonato (PC), poli(tereftalato de etileno) (PET), poliolefinas clclicas (COP), sulfuro de polifenileno (PPS), politetrafluoroetileno (PTFE), polisulfonas (PSF), poliamida-imida (PAI), poliimida termoplastica (PI), polieter eter cetona (PEEK), y pollmeros de cristal llquido (LCP). Ademas, entre las resinas sinteticas, se pueden mencionar las resinas termoendurecibles, resinas termoplasticas tales como las resinas epoxi (EP), resinas fenolicas (PF), resinas de melamina (MF), poliuretanos (PUR) y resinas poliester insaturadas (UP); tambien se pueden mencionar las fibras de nailon, y fibras de poliester, acrllicas, de vinilo, poliolefina, poliuretano, rayon u otras similares; como elastomeros, se pueden mencionar los cauchos de isopreno (IR), cauchos de butadieno (BR), cauchos de estireno/butadieno (SBR), cauchos de cloropreno (CR), cauchos nitrilo (NBR), cauchos de poliisobutileno /cauchos de butilo (IIR), cauchos de etileno propileno (EPM/EPDM), polietileno clorosulfonado (CSM), cauchos acrllicos (ACM),
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cauchos de epiclorhidrina (CO/ECO), y otros similares; como elastomeros a base de resinas termoendurecibles, se pueden mencionar algunos cauchos de uretano (U), cauchos de silicona (Q), cauchos que contienen fluor (FKM), y otros similares; y, como elastomeros termoplasticos, se pueden mencionar los elastomeros basados en estireno, olefina, poli(cloruro de vinilo), uretano, o amida.
Ademas, como aceites minerales, se pueden mencionar los aceites lubricante, y grasas, y, como aceites compuestos para cauchos, se puede mencionar los aceites minerales a base de parafina, aceite mineral naftenico, aceites minerales aromaticos, y otras similares.
Ademas, como productos no polares, se pueden mencionar el hexano, benceno, tolueno, cloroformo, acetato de etilo, y otros similares; como productos polares aproticos, se pueden mencionar la acetona, N,N-dimetilformamida (DMF), N-metilpirrolidona (NMP), acetonitrilo, y otros similares; y, como productos polares proticos, se pueden mencionar al acido acetico, etanol, metanol, agua, 1-butanol, 2-propanol, acido formico, y otros similares.
Ademas, como un ejemplo de grafito natural para producir un material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de grafeno, [se pueden usar las] partlculas de 5 mm o menos de un material de grafito natural (grafito en copos ACB-50 que fabrica Nippon Graphite Industries, ltd.) que se describieron anteriormente. Sin embargo, en lo que se refiere al grafito natural, son preferibles los productos que consisten en grafito en copos, pulverizadas hasta medir 5 mm o menos, y que tienen una Proporcion (3R) menor al 25% y una proporcion entre las intensidades P1/P2 menor de 0,01, debido a que las mismas se pueden obtener facilmente.
Aplicabilidad industrial
Los siguientes se pueden mencionar como productos para intentar su funcionalizacion de acuerdo con el grafeno por agregado del precursor a los objetos.
• Aditivos para materiales polimericos tales como resinas, cauchos, o recubrimientos
• Aditivos para hojas para hacer radiadores termicos, hojas conductoras, cintas para radiadores termicos, o cintas conductoras
• Productos de metalurgia de sinterizacion que se obtienen por agregado del precursor a un polvo de metal, seguido de sinterizacion
• Aditivos para ceramicas tales como oxido de litio o nanoarcillas
• Aditivos para compuestos no metalicos tales como concreto, o materiales no polimericos
Los siguientes se pueden mencionar como productos en los que se usan dispersiones de grafeno.
5 • agentes para electrodos, conductores auxiliares, agentes mejoradores de la
capacidad de descarga, agentes mejoradores de la eficiencia de carga/descarga para baterlas de iones de litio
• Electrodos o soluciones de electrolitos para productos capacitores
• Agentes conductores para tintas conductoras 10 Lista de signos de referenda
1 a material de grafito natural
4 a molino de chorros
7 a generador de plasma
16 material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de 15 grafeno
20 molino de bolas
21 generador de microondas
24 medios
25 material de grafito natural
2 0 28 material a base de carbono en forma de grafito que es util como precursor de
grafeno
30 dispersion de grafeno en la que se usa la Muestra 5
31 dispersion de grafeno en la que se usa la Muestra 1 33 copo
25 40 vaso de precipitados
41 dispersion de grafeno
43 generador de microondas
44 generador de ondas ultrasonicas

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1Un material compuesto de grafeno que comprende al menos un grafeno que se exfolia parcialmente de un material de carbono a base de grafito y se dispersa en un material de base,
    teniendo el material de carbono a base de grafito una capa de grafito romboedrico (3R) y una capa de grafito hexagonal (2H), en el que una proporcion (3R) de la capa de grafito romobedrico (3R) y la capa de grafito hexagonal (2H), en base al metodo de difraccion de rayos X, que se define en la siguiente Ecuacion 1, es del 31 % o mas:
    Proporcion (3R) = P3/(P3+P4)x100 •••• (Ecuacion 1)
    en la que
    P3 es una intensidad de pico de un plano (101) de la capa de grafito romboedrica (3R) en base al metodo de difraccion de rayos X, y
    P4 es una intensidad de pico de un plano (101) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X,
    siendo el grafeno un cristal de un tamano medio de 100 nm o mas y formado en forma de tipo en copos o de tipo en hoja que tiene 10 capas o menos.
  2. 2. - El material compuesto de grafeno segun la reivindicacion 1, que se usa como artlculo moldeado en resina.
  3. 3. - El material compuesto de grafeno segun la reivindicacion 2, en el que el material de base es una resina y el compatibilizante esta dispersado en el material de base.
  4. 4. - El material compuesto de grafeno segun la reivindicacion 1, que se usa como tinta conductora.
  5. 5. - El material compuesto de grafeno segun la reivindicacion 4, en el que el material de base es al menos uno de un disolvente y un agente que confiere conductividad.
  6. 6. - Un metodo de produccion de un material compuesto de grafeno, que comprende una etapa de mezclado de al menos un material de carbono a base de grafito en un material de base, en el que el grafeno se exfolia parcialmente a partir del material de carbono a base de grafito y se dispersa en el material de base,
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    teniendo el material de carbono a base de grafito una capa de grafito romboedrico (3R) y una capa de grafito hexagonal (2H), en el que una proportion (3R) de la capa de grafito romobedrico (3R) y la capa de grafito hexagonal (2H), en base al metodo de difraccion de rayos X, que se define en la siguiente Ecuacion 1, es del 31 % o mas:
    Proporcion (3R) = P3/(P3+P4)x100 •••• (Ecuacion 1) en la que
    P3 es una intensidad de pico de un plano (101) de la capa de grafito romboedrica (3R) en base al metodo de difraccion de rayos X, y
    P4 es una intensidad de pico de un plano (101) de la capa de grafito hexagonal (2H) en base al metodo de difraccion de rayos X,
    siendo el grafeno un cristal de un tamano medio de 100 nm o mas y formado en forma de tipo en copos o de tipo en hoja que tiene 10 capas o menos.
  7. 7. - El metodo de production de un material compuesto de grafeno segun la reivindicacion 6, en la que:
    el material de base es una resina;
    la etapa de mezclado implica el amasado mientras se aplica una fuerza de cizalla; una fuerza de cizalla; y
    el compuesto de grafeno es un artlculo moldeado en resina.
  8. 8. - El metodo de produccion de un material compuesto de grafeno segun la reivindicacion 7, en el que un compatibilizante se anade y se amasa en el material de base en la etapa de mezclado.
  9. 9. - El metodo de produccion de un material compuesto de grafeno segun la reivindicacion 6, en el que el material compuesto de grafeno es una tinta conductora.
  10. 10. - El metodo de produccion de un material compuesto de grafeno segun la reivindicacion 9, en el que el material de base es al menos uno de un disolvente y un agente que confiere conductividad.
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