JP2016169114A - Method and device for delaminating layered substance - Google Patents

Method and device for delaminating layered substance Download PDF

Info

Publication number
JP2016169114A
JP2016169114A JP2015048083A JP2015048083A JP2016169114A JP 2016169114 A JP2016169114 A JP 2016169114A JP 2015048083 A JP2015048083 A JP 2015048083A JP 2015048083 A JP2015048083 A JP 2015048083A JP 2016169114 A JP2016169114 A JP 2016169114A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
delamination
raw material
suspension
layered
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015048083A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6474077B2 (en
Inventor
捷 唐
Sho To
捷 唐
坤 張
Ko Chang
坤 張
悦賢 林
Yuexian Lin
悦賢 林
松葉 頼重
Yorishige Matsuba
頼重 松葉
畑 憲明
Noriaki Hata
憲明 畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harima Chemical Inc
National Institute for Materials Science
Original Assignee
Harima Chemical Inc
National Institute for Materials Science
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harima Chemical Inc, National Institute for Materials Science filed Critical Harima Chemical Inc
Priority to JP2015048083A priority Critical patent/JP6474077B2/en
Priority to PCT/JP2016/057826 priority patent/WO2016143901A1/en
Publication of JP2016169114A publication Critical patent/JP2016169114A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6474077B2 publication Critical patent/JP6474077B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G13/00Apparatus specially adapted for manufacturing capacitors; Processes specially adapted for manufacturing capacitors not provided for in groups H01G4/00 - H01G11/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for delaminating a layered substance, in each of which an objective product can be obtained with excellent exfoliation precision at high yield and each of which is suitable for industrial mass production.SOLUTION: The method for delaminating the layered substance comprises the steps of: treating a suspension liquid, which is obtained by suspending the layered substance in a dispersion medium, under high pressure and supplying the treated suspension liquid from a raw material introduction part 2; passing the suspension liquid, which is supplied from the raw material introduction part 2, through a delamination module 3 to perform delamination of the layered substance; and recovering the suspension liquid passed through the delamination module 3 in a recovery part 4. Each of the raw material introduction part 2 and the delamination module 3 has a liquid passage in which the suspension liquid flows and which has 0.15 mm or larger inside diameter but has not another liquid passage having the inside diameter smaller than 0.15 mm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、層状物質を層間剥離する方法およびそのための装置に関するものであり、より詳細には、グラファイトを層間剥離することによる単層もしくは数層のグラフェンを製造する方法およびそのための装置に関するものである。   The present invention relates to a method for delamination of a layered material and an apparatus therefor, and more particularly, to a method for producing a single layer or several layers of graphene by delamination of graphite and an apparatus therefor. is there.

グラフェンは、炭素原子の六員環が連なった平面状の二次元物質であり、グラファイト(黒鉛)の層状構造の基本構成をなすものである。グラフェンは、電気・電子的特性、機械的特性、光学的特性、熱的特性、力学的特性等に優れていることから、例えば、電子デバイス、蓄電デバイス、構造材料への応用のほか、生物工学、バイオ、医療等、幅広い分野において様々な用途展開が期待されている。   Graphene is a planar two-dimensional material in which six-membered rings of carbon atoms are linked, and forms the basic structure of a layered structure of graphite. Graphene has excellent electrical / electronic properties, mechanical properties, optical properties, thermal properties, mechanical properties, etc., so it can be applied to electronic devices, power storage devices, structural materials, biotechnology, etc. Various applications are expected in a wide range of fields such as biotechnology and medicine.

グラフェンを製造する方法としては、グラファイトを層間剥離する手法が一般的であり、代表的な例としては、強酸化条件で酸化した酸化グラファイトを剥離する方法(ハマーズ法)が挙げられる。また、強酸化処理工程を要しないグラフェンの製造方法としては、例えば、グラファイトの分散溶液を超音波処理したり、グラファイトの分散溶液に撹拌羽根等を挿入して高速回転させたりして、グラファイトを層間剥離する方法等が提案されている。   As a method for producing graphene, a method of exfoliating graphite is generally used. A typical example is a method of exfoliating graphite oxide oxidized under strong oxidation conditions (Hammers method). In addition, as a method for producing graphene that does not require a strong oxidation treatment step, for example, ultrasonically treating a graphite dispersion solution, inserting a stirring blade or the like into the graphite dispersion solution, and rotating the graphite at high speed, A method of delamination or the like has been proposed.

さらに、近年、工業的量産化に適した製造方法とする観点から、高圧乳化法を利用して、グラファイトを層間剥離する方法が提案されている(特許文献1)。   Furthermore, in recent years, a method for delamination of graphite using a high-pressure emulsification method has been proposed from the viewpoint of a production method suitable for industrial mass production (Patent Document 1).

高圧乳化法は、化粧品、食品、製薬等の幅広い分野で利用されている技術であり、原料を含む液体(原料溶液)に高圧をかけて、ノズルやオリフィス等の狭い隙間(細孔、隘路等ともいう)を通すことによって高速流(ジェット流)を発生させ、せん断力、衝撃力、摩砕力等により、乳化、分散、均質化、微細化等を行うものである。   The high-pressure emulsification method is a technology that is used in a wide range of fields such as cosmetics, foods, and pharmaceuticals. A high pressure is applied to a liquid (raw material solution) containing raw materials, and narrow gaps (pores, bottlenecks, etc.) such as nozzles and orifices. High-speed flow (jet flow) is generated by passing, and emulsification, dispersion, homogenization, refinement, etc. are performed by shearing force, impact force, grinding force and the like.

高圧乳化法やそのための装置に関しては、これまでに様々な改良の提案がなされている。例えば、特許文献2では、原料溶液にせん断力を付加して所望の原料を乳化・分散させて乳化分散液を生成する際に、原料溶液に付加する圧力(背圧)の大きさを制御し、かつ生成された乳化分散液の背圧を複数の減圧部材により多段階で降圧させることによって、バブリングの発生を抑制する方法が開示されている。   Various improvement proposals have been made regarding the high-pressure emulsification method and the apparatus therefor. For example, in Patent Document 2, when a shear force is applied to a raw material solution to emulsify and disperse a desired raw material to produce an emulsified dispersion, the amount of pressure (back pressure) applied to the raw material solution is controlled. And the method of suppressing generation | occurrence | production of bubbling by lowering | hanging back pressure of the produced | generated emulsification dispersion liquid in multiple steps by several pressure reduction members is disclosed.

特開2014−9151号公報JP 2014-9151 A 特許第4371332号公報Japanese Patent No. 4371332

特許文献1に記載されるように、高圧乳化法をグラファイトの剥離に適用するにあたっては、原料溶液中のグラファイト粒子の面方向に対してせん断力を作用させる観点から、貫通型方式を採用することが考慮される。   As described in Patent Document 1, in applying the high pressure emulsification method to the exfoliation of graphite, a penetration type method should be adopted from the viewpoint of applying a shearing force to the surface direction of the graphite particles in the raw material solution. Is considered.

ところで、特許文献1に記載の高圧乳化機や特許文献2に記載の乳化分散装置を含む従来の高圧乳化装置は、圧力発生装置(ポンプ部)と、流路を著しく狭くした部分を有するパーツ(例えばノズルやオリフィスであり、以下「ノズル部」ともいう。)とを備えており、これらは高圧乳化法を行うために必須の構成要素である。ポンプ部からの圧力は、ノズル部でジェット流に変換され、ノズル部から噴射された液体は、吸収セルと呼ばれる部材を通過しながら乱流となり、衝撃力やせん断力が加えられる。このように、原料溶液にせん断力を付加することができる点に着目して、高圧乳化法をグラファイトの剥離に応用することを試みたものが、特許文献1に記載の方法である。   By the way, the conventional high-pressure emulsification apparatus including the high-pressure emulsifier described in Patent Document 1 and the emulsification dispersion apparatus described in Patent Document 2 includes a pressure generator (pump unit) and a part having a part in which the flow path is extremely narrow ( For example, it is a nozzle or an orifice, and is also referred to as a “nozzle part” hereinafter), and these are essential components for performing the high-pressure emulsification method. The pressure from the pump unit is converted into a jet flow at the nozzle unit, and the liquid ejected from the nozzle unit becomes a turbulent flow while passing through a member called an absorption cell, and an impact force or shear force is applied. Thus, the method described in Patent Document 1 has attempted to apply the high-pressure emulsification method to the exfoliation of graphite by paying attention to the point that a shearing force can be applied to the raw material solution.

しかしながら、このような従来の高圧乳化装置を用いてグラファイトの層間剥離を行った場合には、超音波処理や機械的撹拌による剥離と同様に、得られるグラフェンの層厚にバラつきが生じ、目的とする単層もしくは数層のグラフェンの収率が数パーセント程度であるなど、一定の精度で安定的にグラファイトを剥離することが困難であるという課題があった。   However, when delamination of graphite is performed using such a conventional high-pressure emulsification device, the layer thickness of the obtained graphene varies as in the case of delamination by ultrasonic treatment or mechanical stirring, There is a problem that it is difficult to stably exfoliate graphite with a certain accuracy, for example, the yield of a single layer or several layers of graphene is about several percent.

また、高圧乳化法では、上述したように、もともと、衝撃力や摩砕力等を複合的に組み合わせて原料溶液に作用させることによって原料をより小さい粒径に破砕しながら均質化することを想定して装置構成が設計されている。そのため、グラファイトのような層状物質に対して高圧乳化法を適用した場合には、面方向への衝撃力が加わることにより二次元構造が破壊されて、得られる生成物(例えば、グラフェン)は、面方向の粒径が原料のグラファイトの約半分ほど(例えば、数μm)の小さなフレーク状もしくはフラグメント状となり、その結果、上記生成物が本来発揮し得るほどの優れた特性が得られない場合があるという課題もあった。   In the high-pressure emulsification method, as described above, it is originally assumed that the raw material is homogenized while being crushed to a smaller particle size by acting on the raw material solution in combination of impact force and grinding force. Thus, the device configuration is designed. Therefore, when the high-pressure emulsification method is applied to a layered substance such as graphite, the two-dimensional structure is destroyed by applying an impact force in the plane direction, and the resulting product (for example, graphene) In some cases, the particle size in the surface direction is about half (for example, several μm) of the raw material graphite (eg, several μm), and the flakes or fragments are small. There was also a problem that there was.

このため、上記のようなこれまでの様々な試みにも関わらず、従来の高圧乳化法および高圧乳化装置をそのまま適用しても、層状物質を層間剥離して所望の生成物を精度良くかつ高い収率で得ることは困難であり、依然として、さらなる改良が求められている。   Therefore, in spite of various attempts as described above, even if the conventional high-pressure emulsification method and the high-pressure emulsification apparatus are applied as they are, the layered material is delaminated to obtain a desired product with high accuracy and high. It is difficult to obtain in yield and still further improvements are sought.

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、剥離精度に優れ、かつ高い収率で目的物を得ることのできる、工業的量産化に適した、層状物質を層間剥離する方法およびそのための装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is capable of delamination of a layered material that is excellent in delamination accuracy and can be obtained in a high yield and is suitable for industrial mass production. It is an object to provide a method and an apparatus therefor.

上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明者等は、従来知られている高圧乳化法からは到底想定し得ない解決手段に想到した。すなわち、本発明者等は、従来の高圧乳化装置において必須の構成要素であった上記ノズル部への原料溶液の通液操作によってジェット流が発生する過程において、層状物質の面方向に過度の衝撃力が付加されていること、つまり、所望の原料を乳化・分散させて乳化分散液を生成するという高圧乳化法の最も根幹をなすジェット流の発生条件は、層状物質を層間剥離するという観点からは必ずしも適切ではないことを見出した。   As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors have come up with a solution means that cannot be assumed at all from the conventionally known high-pressure emulsification method. That is, the present inventors have made an excessive impact in the plane direction of the layered substance in the process in which the jet flow is generated by the operation of passing the raw material solution through the nozzle part, which is an essential component in the conventional high-pressure emulsification apparatus. In other words, the generation condition of the jet flow that is the most fundamental of the high-pressure emulsification method in which an emulsified dispersion is produced by emulsifying and dispersing a desired raw material is from the viewpoint of delamination of layered materials. Found that is not necessarily appropriate.

そこで、本発明者等は、従来の高圧乳化法の特徴を生かしつつ、層状物質の層間剥離により適した方法に改良することによって、従来の剥離方法と比較して高精度かつ高収率で、グラファイトを単層もしくは数層のグラフェンに層間剥離することができることを見出した。また、グラファイト以外の層状物質についても、当該層状物質を所望の層厚に層間剥離することができることを見出した。   Therefore, the present inventors made use of the characteristics of the conventional high-pressure emulsification method, and improved it to a method more suitable for delamination of the layered material, thereby achieving higher accuracy and higher yield than the conventional delamination method, It has been found that graphite can be delaminated into a single layer or several layers of graphene. Further, it has been found that a layered material other than graphite can be delaminated to a desired layer thickness.

これらの新規な知見に基づき、本発明者等は、さらに研究を重ね、本発明を完成させるに至ったものである。   Based on these new findings, the present inventors have made further studies and completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の態様を包含する。
(1)層状物質を分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して、原料導入部から供給する工程、前記原料導入部から供給された前記懸濁液を層間剥離モジュールに通過させて、前記層状物質の層間剥離を行う工程、および前記層間剥離モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収部で回収する工程を含む層間剥離方法であって、前記原料導入部および前記層間剥離モジュールは、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、内径が0.15mm未満である通液路を有さないことを特徴とする層状物質の層間剥離方法。
(2)前記懸濁液を5MPa以上の圧力で高圧処理することを特徴とする(1)に記載の層状物質の層間剥離方法。
(3)前記層間剥離モジュールが、2つ以上の通液剥離部材を直列的に連結した構造を有し、前記懸濁液の流れに関して上流側の通液剥離部材の通液路の内径よりも下流側の通液剥離部材の通液路の内径が大きいことを特徴とする(1)または(2)に記載の層状物質の層間剥離方法。
(4)前記回収部で回収した前記懸濁液を前記原料導入部に再び供給して、前記層間剥離モジュールを通過させる工程をさらに含むことを特徴とする(1)から(3)のうちのいずれか一項に記載の層状物質の層間剥離方法。
(5)前記層状物質がグラファイトであることを特徴とする(1)から(4)のうちのいずれか一項に記載の層状物質の層間剥離方法。
(6)層状物質を分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して供給する原料導入部、前記原料導入部から供給された前記懸濁液を通過させて、前記層状物質の層間剥離を行う層間剥離モジュール、および前記層間剥離モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収する回収部を備える層間剥離装置であって、前記原料導入部および前記層間剥離モジュールは、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、内径が0.15mm未満である通液路を有さないことを特徴とする層状物質の層間剥離装置。
That is, this invention includes the following aspects.
(1) A step in which a suspension obtained by suspending a layered substance in a dispersion medium is subjected to high pressure treatment and supplied from a raw material introduction unit, and the suspension supplied from the raw material introduction unit is passed through an delamination module. A delamination method including a step of delamination of the layered substance and a step of recovering the suspension after passing through the delamination module in a recovery unit, the raw material introduction unit and the delamination module Is a delamination method for laminar substances, characterized in that the liquid passage through which the suspension flows has an inner diameter of 0.15 mm or more and does not have a liquid passage having an inner diameter of less than 0.15 mm.
(2) The method for delamination of a layered material according to (1), wherein the suspension is subjected to high pressure treatment at a pressure of 5 MPa or more.
(3) The delamination module has a structure in which two or more liquid-peeling members are connected in series, and the flow of the suspension is greater than the inner diameter of the liquid-passage channel of the upstream liquid-peeling member. The method for delamination of a layered material according to (1) or (2), wherein the inner diameter of the liquid passage of the downstream liquid-peeling member is large.
(4) The method further includes the step of supplying the suspension recovered by the recovery unit to the raw material introduction unit again and allowing the delamination module to pass therethrough. The method for delamination of a layered material according to any one of the above.
(5) The layered material delamination method according to any one of (1) to (4), wherein the layered material is graphite.
(6) Raw material introduction part for supplying a suspension obtained by suspending a layered substance in a dispersion medium after high-pressure treatment, and passing the suspension supplied from the raw material introduction part to delamination of the layered substance A delamination module, and a delamination apparatus comprising a recovery unit that collects the suspension after passing through the delamination module, wherein the raw material introduction unit and the delamination module include the suspension A laminar substance delamination device characterized in that the flowing liquid passage has an inner diameter of 0.15 mm or more and does not have a liquid passage having an inner diameter of less than 0.15 mm.

本発明によれば、剥離精度に優れ、かつ高い収率で目的物を得ることのできる、工業的量産化に適した、層状物質を層間剥離する方法およびそのための装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method and apparatus for delamination of a layered substance which are excellent in peeling accuracy and can obtain a target object with a high yield and suitable for industrial mass production are provided.

本発明の一実施形態に係る層状物質の層間剥離装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the delamination apparatus of the layered substance which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例1で得られたグラフェンのSEM観察結果を示す画像である。(a)パターン4、(b)パターン5、(c)パターン6、(d)パターン1、(e)パターン2。2 is an image showing SEM observation results of graphene obtained in Example 1. FIG. (A) Pattern 4, (b) Pattern 5, (c) Pattern 6, (d) Pattern 1, (e) Pattern 2. 実施例1で得られたグラフェンおよび原料のグラファイトについて、比表面積および細孔分布の分析をBET法により行った結果を示すグラフである。(a)グラファイト、(b)パターン4、(c)パターン5、(d)パターン6、(e)パターン1。It is a graph which shows the result of having analyzed the specific surface area and pore distribution by the BET method about the graphene obtained in Example 1, and the raw material graphite. (A) Graphite, (b) Pattern 4, (c) Pattern 5, (d) Pattern 6, (e) Pattern 1. 実施例2で得られたグラフェンのTEM観察結果を示す画像である。It is an image which shows the TEM observation result of the graphene obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得られたグラフェンおよび原料のグラファイトについて、ラマン分光分析により得られたラマンスペクトルである。It is a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopic analysis about the graphene obtained in Example 2, and the raw material graphite. 実施例2で得られたグラフェンを用いて作製したスーパーキャパシタについての特性評価結果である。(a)原料のグラファイトを用いた作製したキャパシタ(比較用セル)のサイクリックボルタモグラム(CV曲線)、(b)サンプルグラフェンを用いた作製したスーパーキャパシタ(テスト用セル)のCV曲線、(c)比較用セルおよびテスト用セルの電気化学インピーダンス測定結果を示すグラフ、(d)比較用セルおよびテスト用セルの充放電特性を示すグラフ。6 is a characteristic evaluation result of a supercapacitor manufactured using the graphene obtained in Example 2. (A) Cyclic voltammogram (CV curve) of a capacitor (comparative cell) manufactured using raw graphite, (b) CV curve of a supercapacitor (test cell) manufactured using sample graphene, (c) The graph which shows the electrochemical impedance measurement result of the cell for a comparison, and the cell for a test, (d) The graph which shows the charging / discharging characteristic of the cell for a comparison, and a cell for a test.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ここでは、本発明の実施形態の代表例として、層間剥離の対象となる層状物質(以下、「原料」ともいう。)としてグラファイトを想定した場合を例にして説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, as a representative example of the embodiment of the present invention, a case where graphite is assumed as a layered material (hereinafter also referred to as “raw material”) to be delaminated will be described as an example.

本実施形態では、原料の面方向の平均粒径は特に制限されないが、層間剥離の効果をより高い精度で得る観点からは、原料の面方向の平均粒径を200μm以下とすることが好ましく考慮され、また、原料の面方向の平均粒径を100μm以下とすることがより好ましく考慮される。なお、原料の面方向の平均粒径が200μm以上の場合であっても、本実施形態による層間剥離の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the average particle size in the surface direction of the raw material is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining the delamination effect with higher accuracy, it is preferable to consider that the average particle size in the surface direction of the raw material is 200 μm or less. In addition, it is more preferably considered that the average particle size in the surface direction of the raw material is 100 μm or less. Even when the average particle size in the surface direction of the raw material is 200 μm or more, the delamination effect according to the present embodiment can be obtained.

原料の懸濁液の調製に用いる分散媒は、原料の層状物質に応じて適宜選択することができ、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等のアミド類、およびこれらの混合溶媒が挙げられる。なお、分散媒は、本発明の目的、効果を阻害しない範囲において、原料と分散媒との親和性等を考慮して、原料をより均一に分散させることを目的に、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム等が分散剤として添加されていてもよく、また、所要の目的に応じてその他の添加剤が添加されていてもよい。   The dispersion medium used for the preparation of the raw material suspension can be appropriately selected according to the raw material layered material. Examples thereof include water, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, dimethylformamide, N-methyl-2- Examples include amides such as pyrrolidone (NMP), and mixed solvents thereof. The dispersion medium is, for example, dodecylbenzenesulfonic acid for the purpose of more uniformly dispersing the raw material in consideration of the affinity between the raw material and the dispersion medium, etc., within a range that does not impair the purpose and effect of the present invention. Sodium, sodium dodecyl sulfate, sodium cholate, sodium deoxycholate and the like may be added as a dispersant, and other additives may be added according to the required purpose.

原料懸濁液における原料の濃度は特に制限されないが、例えば、2〜100mg/mLであり、好ましくは5〜50mg/mLであり、より好ましくは10〜30mg/mLである。原料濃度が上記の範囲内であると、層間剥離の効果をより高い精度で得ることができる。なお、原料濃度が100mg/mL以上の場合であっても、本実施形態による層間剥離の効果を得ることができる。   Although the density | concentration of the raw material in a raw material suspension is not restrict | limited in particular, For example, it is 2-100 mg / mL, Preferably it is 5-50 mg / mL, More preferably, it is 10-30 mg / mL. When the raw material concentration is within the above range, the effect of delamination can be obtained with higher accuracy. Even when the raw material concentration is 100 mg / mL or more, the delamination effect according to the present embodiment can be obtained.

なお、ノズル部を備える従来の高圧乳化装置では、高粘度の溶液を適用することは困難であったが、本実施形態に係る層間剥離装置1では、後述するようにノズル部を有さない構成であるため、原料懸濁液の粘性が高い場合であっても、原料の層状物質を層間剥離して、目的の生成物を得ることができる。   In addition, in the conventional high-pressure emulsification apparatus provided with a nozzle part, it was difficult to apply a high-viscosity solution, but the delamination apparatus 1 according to the present embodiment does not have a nozzle part as described later. Therefore, even if the viscosity of the raw material suspension is high, the layered material of the raw material can be delaminated to obtain the target product.

以下の表1に、原料がグラファイトである場合の原料懸濁液の組成の一例を示す。   Table 1 below shows an example of the composition of the raw material suspension when the raw material is graphite.

図1は、本発明の一実施形態に係る層状物質の層間剥離装置を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus for delaminating a layered material according to an embodiment of the present invention.

本実施形態に係る層間剥離装置1は、図1に示すように、その主要な構成として、原料導入部2、層間剥離モジュール3および回収部4を備えている。   As shown in FIG. 1, the delamination apparatus 1 according to this embodiment includes a raw material introduction unit 2, an delamination module 3, and a recovery unit 4 as main components.

このような層間剥離装置1を用いて行う、本実施形態に係る層状物質の層間剥離方法は、層状物質を分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して、原料導入部2から供給する工程、原料導入部2から供給された前記懸濁液を層間剥離モジュール3に通過させて、前記層状物質の層間剥離を行う工程、および層間剥離モジュール3を通過した後の前記懸濁液を回収部4で回収する工程を含む。   The delamination method for a layered material according to this embodiment performed using such a delamination device 1 is a high-pressure treatment of a suspension in which the layered material is suspended in a dispersion medium, and is supplied from the raw material introduction unit 2 A step of passing the suspension supplied from the raw material introduction unit 2 through the delamination module 3, and delamination of the layered material, and the suspension after passing through the delamination module 3 A step of collecting by the collecting unit 4 is included.

原料導入部2では、原料の層状物質を分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して、層間剥離モジュール3に供給する。より具体的には、原料導入部2では、図1に示すように、溶液タンク21に貯えられた原料懸濁液を、高圧ポンプ22により高圧処理して、層間剥離モジュール3に供給する。   In the raw material introduction unit 2, a suspension obtained by suspending a raw material layered material in a dispersion medium is subjected to high pressure treatment and supplied to the delamination module 3. More specifically, in the raw material introduction unit 2, as shown in FIG. 1, the raw material suspension stored in the solution tank 21 is subjected to high pressure treatment by the high pressure pump 22 and supplied to the delamination module 3.

高圧ポンプ22によって原料懸濁液に付加する圧力は、原料の面方向の平均粒径、原料懸濁液における原料の濃度、目的の生成物の用途等に応じて適宜設定することができる。原料がグラファイトである場合には、圧力は、例えば、5〜150MPaであり、好ましくは10〜125MPaであり、より好ましくは20〜100MPaである。なお、後述するように原料懸濁液を層間剥離モジュール3に複数回通過させる場合には、その都度、上記の範囲内で圧力を調節するようにしてもよい。   The pressure applied to the raw material suspension by the high-pressure pump 22 can be appropriately set according to the average particle size in the surface direction of the raw material, the concentration of the raw material in the raw material suspension, the intended use of the product, and the like. When the raw material is graphite, the pressure is, for example, 5 to 150 MPa, preferably 10 to 125 MPa, and more preferably 20 to 100 MPa. As will be described later, when the raw material suspension is passed through the delamination module 3 a plurality of times, the pressure may be adjusted within the above range each time.

上記の高圧処理工程では、高圧ポンプ22による原料懸濁液への圧力の付加によって、分散媒の分子が原料の層状物質の層間に浸透する作用が強まる。このとき、分散媒分子が浸透する力が層状物質の層間に作用している力(例えば、ファンデルワールス力)を上回ると、分散媒分子が層状物質の層間に次々と入り込んでいく(インターカレートする)ことができるようになる。このようにして、高圧処理工程では、原料の層状物質の層間に多数のギャップが形成されて、層状物質の層間に働いている相互作用が弱められることにより、後述する層間剥離工程において、層間剥離が効率的かつ効果的に進行する。   In the above-described high-pressure treatment step, the action of the molecules of the dispersion medium penetrating between the layers of the raw material layered material is strengthened by applying pressure to the raw material suspension by the high-pressure pump 22. At this time, if the force that the dispersion medium molecules permeate exceeds the force acting between the layers of the layered material (for example, van der Waals force), the dispersion medium molecules enter the layers of the layered material one after another (intercalation Be able to). In this way, in the high pressure treatment process, a number of gaps are formed between the layers of the raw material layered material, and the interaction acting between the layers of the layered material is weakened. Progresses efficiently and effectively.

層間剥離モジュール3では、原料導入部2から供給された原料懸濁液を通過させて、原料の層状物質の層間剥離を行う。   In the delamination module 3, the raw material suspension supplied from the raw material introduction unit 2 is allowed to pass, and delamination of the raw material layered material is performed.

より具体的には、層間剥離モジュール3は、2つ以上の通液剥離部材を直列的に連結した構造を有し、図1では、層間剥離モジュール3が3つの通液剥離部材31、32、33を直列的に連結した構造を有する形態を例示している。   More specifically, the delamination module 3 has a structure in which two or more liquid-peeling members are connected in series. In FIG. 1, the delamination module 3 includes three liquid-peeling members 31, 32, The form which has the structure which connected 33 in series is illustrated.

通液剥離部材31、32、33としては、例えば、従来の高圧乳化装置において吸収セルとして使用されるストレートチューブ、スパイラルチューブ等を適用することができる。   For example, a straight tube or a spiral tube used as an absorption cell in a conventional high-pressure emulsification device can be applied as the liquid-peeling members 31, 32, and 33.

また、図1に示す層間剥離モジュール3では、層間剥離モジュール3を通過する原料懸濁液の流れに関して上流側の通液剥離部材の通液路の内径よりも下流側の通液剥離部材の通液路の内径が大きく構成されている。すなわち、通液剥離部材31、32、33の通液路の内径を、それぞれD31、D32、D33とすると、D31<D32<D33の関係が成り立つ。   Further, in the delamination module 3 shown in FIG. 1, the flow of the liquid separation member downstream of the flow passage of the upstream liquid separation member with respect to the flow of the raw material suspension passing through the delamination module 3 is allowed to pass. The inner diameter of the liquid passage is large. That is, if the inner diameters of the liquid passages of the liquid passage separation members 31, 32, and 33 are D31, D32, and D33, respectively, the relationship of D31 <D32 <D33 is established.

通液剥離部材31、32、33の長さは、原料の面方向の平均粒径、原料懸濁液における原料の濃度、目的の生成物の用途等に応じて適宜設定することができる。原料がグラファイトである場合には、例えば、5〜100cmの範囲内を一応の目安とすることができる。なお、通液剥離部材31、32、33の長さは、後述する通液時間や通液回数に応じて適宜調節することが好ましく考慮される。   The lengths of the liquid-peeling members 31, 32, and 33 can be appropriately set according to the average particle size in the surface direction of the raw material, the concentration of the raw material in the raw material suspension, the intended use of the product, and the like. When the raw material is graphite, for example, the range of 5 to 100 cm can be used as a rough standard. In addition, it is preferable to consider appropriately adjusting the lengths of the liquid-peeling members 31, 32, and 33 in accordance with the liquid passage time and the number of liquid passages described later.

本実施形態において、原料導入部2および層間剥離モジュール3は、原料懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、好ましくは0.15mm〜1mmの範囲内である。また、原料導入部2および層間剥離モジュール3は、内径が0.15mm未満である通液路を有さない。すなわち、本実施形態に係る層間剥離装置1においては、従来の高圧乳化装置において必須の構成要素であったノズル部を有さない構成とすることによって、原料の層状物質の面方向に対して意図しない衝撃力が加わることを抑制している。   In the present embodiment, the raw material introduction part 2 and the delamination module 3 have an inner diameter of a liquid passage through which the raw material suspension flows is 0.15 mm or more, preferably within a range of 0.15 mm to 1 mm. Moreover, the raw material introduction part 2 and the delamination module 3 do not have a liquid passage having an inner diameter of less than 0.15 mm. That is, in the delamination device 1 according to the present embodiment, it is intended with respect to the surface direction of the layered material of the raw material by adopting a configuration that does not have a nozzle part that is an essential component in the conventional high-pressure emulsification device. The impact force that is not applied is suppressed.

上記の層間剥離工程では、層間剥離モジュール3の通液路を原料懸濁液が通過する際に、流体力学に従ってせん断力が付加される。このせん断力は、上述した高圧処理工程において層状物質の層間に形成されたギャップに作用して、層状物質の層間に働いている相互作用がさらに弱められる。そして、単層もしくは数層のフレーク状の構造体が、層状物質から持ち上げられ剥がれ落ちるようにして、次々と剥離される。剥離された生成物は、その表面に分散媒分子が速やかに吸着することによって安定化され、生成物同士が再び集積して積層化することが抑制される。   In the above delamination process, when the raw material suspension passes through the liquid passage of the delamination module 3, a shearing force is applied according to the fluid dynamics. This shear force acts on the gap formed between the layers of the layered material in the above-described high-pressure treatment process, and the interaction acting between the layers of the layered material is further weakened. Then, a single layer or several layers of flake-like structures are peeled off one after another so as to be lifted off the layered material and peeled off. The peeled product is stabilized by quickly adsorbing the dispersion medium molecules on the surface thereof, and the products are prevented from accumulating again and stacked.

このように、本実施形態に係る層状物質の層間剥離方法では、原料懸濁液の高圧処理工程と、その後の層間剥離工程を連続的に行うことによって、層状物質が効率的かつ効果的に剥離され、目的の生成物を高い収率で得ることができる。   As described above, in the layered material delamination method according to this embodiment, the layered material is efficiently and effectively separated by continuously performing the high-pressure treatment step of the raw material suspension and the subsequent delamination step. The desired product can be obtained in high yield.

層間剥離モジュール3を通過する際の原料懸濁液の流速は、原料の面方向の平均粒径、原料懸濁液における原料の濃度、目的の生成物の用途等に応じて適宜設定することができる。なお、層間剥離モジュール3を通過する際の原料懸濁液の速度は、後述する通液時間や通液回数に応じて適宜調節することが好ましく考慮される。   The flow rate of the raw material suspension when passing through the delamination module 3 can be appropriately set according to the average particle size in the surface direction of the raw material, the concentration of the raw material in the raw material suspension, the intended use of the product, and the like. it can. In addition, it is preferable to consider that the speed of the raw material suspension when passing through the delamination module 3 is appropriately adjusted according to the liquid passing time and the number of times of liquid passing described later.

また、層間剥離モジュール3では原料懸濁液に大きなせん断力がかかるため、通液中に懸濁液の温度が上昇することがある。そのため、原料の過度な加熱による変質や剥離の抑制、回収部4での懸濁液の沸騰等を防ぐことを目的に、層間剥離モジュール3を冷却手段(図示せず)により冷却することができる。   Further, in the delamination module 3, since a large shearing force is applied to the raw material suspension, the temperature of the suspension may rise during the flow. Therefore, the delamination module 3 can be cooled by a cooling means (not shown) for the purpose of preventing deterioration and peeling due to excessive heating of the raw material, and preventing boiling of the suspension in the collection unit 4. .

回収部4では、層間剥離モジュール3を通過した後の原料懸濁液を回収する。   In the recovery unit 4, the raw material suspension after passing through the delamination module 3 is recovered.

回収した原料懸濁液は、これを取り出して、そのまま目的の生成物の分散液とすることができ、希釈または濃縮することで所望の濃度にすることができる。また、回収した原料懸濁液に残存する層間剥離が進行しなかった原料は、遠心分離等の一般に公知の分離法によって除去することができる。また、回収した原料懸濁液を、ろ過または遠心分離等で固液分離した後、乾燥することによって、目的の生成物を得ることができる。   The recovered raw material suspension can be taken out and used as it is as a dispersion of the desired product, and it can be diluted or concentrated to a desired concentration. In addition, the raw material that has not undergone delamination remaining in the recovered raw material suspension can be removed by a generally known separation method such as centrifugation. Moreover, the target product can be obtained by solid-liquid separation of the recovered raw material suspension by filtration or centrifugation, and then drying.

また、本実施形態では、回収部4で回収した原料懸濁液を原料導入部2に再び供給して、層間剥離モジュール3を通過させることもできる。このように、層間剥離モジュール3を複数回通過させることによって、層状物質の剥離精度がより向上し、目的の生成物をより高い収率で得ることができる。なお、上述したように、本実施形態に係る層間剥離装置1はノズル部を有さない構成であるため、原料懸濁液を層間剥離モジュール3に複数回通過させた場合であっても、原料の層状物質の面方向に対して意図しない衝撃力が加わることを抑制しつつ、層状物質の層間剥離を行うことができる。   In the present embodiment, the raw material suspension recovered by the recovery unit 4 can be supplied again to the raw material introduction unit 2 and passed through the delamination module 3. Thus, by passing the delamination module 3 a plurality of times, the delamination accuracy of the layered substance is further improved, and the target product can be obtained with a higher yield. Note that, as described above, the delamination apparatus 1 according to the present embodiment has a configuration that does not have a nozzle portion. Therefore, even if the raw material suspension is passed through the delamination module 3 multiple times, The delamination of the layered material can be performed while suppressing an unintended impact force from being applied to the surface direction of the layered material.

原料懸濁液を層間剥離モジュール3に通過させる時間、すなわち、層間剥離工程を行う時間(通液時間)は、原料の面方向の平均粒径、原料懸濁液の濃度、目的物の用途等に応じて適宜設定することができる。原料がグラファイトである場合には、例えば、15秒〜180分間であり、好ましくは30秒〜150分間であり、より好ましくは1〜120分間である。なお、通液時間に伴って、層間剥離工程を行う回数(通液回数)が適宜調節されることが理解される。   The time for passing the raw material suspension through the delamination module 3, that is, the time for performing the delamination process (liquid passing time) is the average particle size in the surface direction of the raw material, the concentration of the raw material suspension, the intended use, etc. It can be set appropriately depending on the situation. When the raw material is graphite, for example, it is 15 seconds to 180 minutes, preferably 30 seconds to 150 minutes, and more preferably 1 to 120 minutes. It is understood that the number of times of performing the delamination process (number of times of liquid passing) is appropriately adjusted with the liquid passing time.

このように、本実施形態に係る層状物質の層間剥離方法および層間剥離装置1を用いることにより、層状物質を優れた精度で剥離することができ、例えば、原料としてグラファイトを用いた場合には、単層もしくは数層のグラフェンを高い収率で得ることができる。   Thus, by using the delamination method and delamination device 1 of the layered material according to the present embodiment, the layered material can be exfoliated with excellent accuracy. For example, when graphite is used as a raw material, A single layer or several layers of graphene can be obtained with high yield.

このようにして得られるグラフェンは面方向の二次元構造の破壊が抑制されているので、グラフェンが本来有している電気伝導性、透明性、機械的特性等がより効果的に発揮され、透明電極等の電子材料、および高速充電・高出力・大容量を実現するスーパーキャパシタとしての応用が期待される。   Since the graphene obtained in this way is prevented from breaking the two-dimensional structure in the plane direction, the electrical conductivity, transparency, mechanical properties, etc. inherent to graphene are more effectively exhibited and transparent. Applications as electronic materials such as electrodes, and supercapacitors that realize high-speed charging, high output, and large capacity are expected.

また、本実施形態に係る層状物質の層間剥離方法および層間剥離装置1によれば、従来の層間剥離方法や装置と比較して、バッチ処理および連続処理のいずれにおいても、より大スケールでの実施が可能となることが期待される。   Moreover, according to the delamination method and delamination apparatus 1 of the layered material according to the present embodiment, compared to the conventional delamination method and apparatus, both the batch processing and the continuous processing are performed on a larger scale. Is expected to be possible.

なお、本実施形態に係る層状物質の層間剥離方法および層間剥離装置1は、グラファイトを原料とする場合に限定されるものではなく、他の層状物質に対しても適用することができる。他の層状物質としては、例えば、硫化モリブデン(IV)(MoS)、窒化ホウ素(BN)等が挙げられる。ここで、上記で説明した各種の条件は、原料の層状物質の種類、性質等に応じて、適宜設計することができることが理解される。 In addition, the delamination method and delamination apparatus 1 of the layered material according to the present embodiment are not limited to the case of using graphite as a raw material, and can be applied to other layered materials. Examples of other layered substances include molybdenum sulfide (IV) (MoS 2 ), boron nitride (BN), and the like. Here, it is understood that the various conditions described above can be designed as appropriate according to the type, properties, and the like of the raw material layered material.

以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、上記の構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、具体的な形態はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更等があっても本発明に含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, description of said structural requirement is an example (representative example) of embodiment of this invention, and a concrete form is not restricted to these embodiment. However, design changes and the like within the scope not departing from the gist of the present invention are included in the present invention.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited to these Examples.

本実施例では、図1に例示した層間剥離装置1の層間剥離モジュール3を表2に示すとおりに構成して、グラファイトの層間剥離試験を行った。なお、通液剥離部材31、32、33として用いたストレートチューブおよびスパイラルチューブは、長さ30cmのものを用いた。   In this example, the delamination module 3 of the delamination apparatus 1 illustrated in FIG. 1 was configured as shown in Table 2, and a graphite delamination test was performed. In addition, the straight tube and spiral tube used as the liquid permeation | separation peeling members 31, 32, and 33 used the thing of length 30cm.

本実施例では、SEM観察用のサンプルは、Siウエハ上にグラフェンの分散液を数mL滴下して調製した。SEM観察は、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM、JSM−6500、JEOL社)を用いて行った。   In this example, a sample for SEM observation was prepared by dropping several mL of a graphene dispersion on a Si wafer. SEM observation was performed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, JSM-6500, JEOL).

TEM観察用のサンプルは、ホーリーカーボングリッド上にグラフェンの分散液を数mL滴下して調製した。TEM観察は、JEOL 2100(JEOL社)を用いて200kVにて行った。   A sample for TEM observation was prepared by dropping several mL of a graphene dispersion on a holey carbon grid. TEM observation was performed at 200 kV using JEOL 2100 (JEOL).

<実施例1>
表2に示す各々のパターンの層間剥離モジュールを備える層間剥離装置を用いて、表1に示す原料懸濁液No.2を、圧力100MPaで原料供給部から供給して、層間剥離モジュールを連続的に10回通液させた。
<Example 1>
Using the delamination device provided with the delamination module of each pattern shown in Table 2, the raw material suspension No. 1 shown in Table 1 was used. 2 was supplied from the raw material supply section at a pressure of 100 MPa, and the delamination module was continuously passed 10 times.

回収した原料懸濁液を6000rpmで60分間遠心分離して、層間剥離されなかったグラファイトの沈殿物を除去することにより、グラフェンの分散液とした。また、得られた分散液を真空ろ過して分散媒を除去し、残渣を120℃で乾燥して、グラフェンの粉末を得た。   The recovered raw material suspension was centrifuged at 6000 rpm for 60 minutes to remove the graphite precipitate that was not delaminated to obtain a graphene dispersion. Further, the obtained dispersion was vacuum filtered to remove the dispersion medium, and the residue was dried at 120 ° C. to obtain a graphene powder.

得られたグラフェンのSEM観察結果を図2に示す。図2(a)〜(e)は、それぞれ、表2に示すパターン4〜6およびパターン1〜2に対応する((a)パターン4、(b)パターン5、(c)パターン6、(d)パターン1、(e)パターン2)。   The SEM observation result of the obtained graphene is shown in FIG. 2A to 2E respectively correspond to patterns 4 to 6 and patterns 1 to 2 shown in Table 2 ((a) pattern 4, (b) pattern 5, (c) pattern 6, (d) ) Pattern 1, (e) Pattern 2).

図2の結果から、ノズル部を有するパターン4〜6(図2(a)〜(c))と比較して、ノズル部を有さないパターン1および2(図2(d)、(e))の場合には、面方向の粒径がより大きいグラフェンが得られていることがわかる。   From the result of FIG. 2, compared with the patterns 4 to 6 (FIGS. 2A to 2C) having the nozzle portion, patterns 1 and 2 having no nozzle portion (FIGS. 2D and 2E) ), Graphene having a larger grain size in the plane direction is obtained.

また、得られたグラフェンおよび原料のグラファイトについて、比表面積および細孔分布の分析をBET法により行った結果を図3に示す。図3(a)〜(e)は、それぞれ、グラファイト、表2に示すパターン4〜6およびパターン1に対応する((a)グラファイト、(b)パターン4、(c)パターン5、(d)パターン6、(e)パターン1)。なお、本分析は、AUTOSORB(カンタクローム・インスツルメンツ社)を用いて行った。   Further, FIG. 3 shows the results of analyzing the specific surface area and pore distribution of the obtained graphene and raw graphite by the BET method. FIGS. 3A to 3E respectively correspond to graphite, patterns 4 to 6 and pattern 1 shown in Table 2 ((a) graphite, (b) pattern 4, (c) pattern 5, and (d). Pattern 6, (e) Pattern 1). The analysis was performed using AUTOSORB (Cantachrome Instruments).

図3の結果から、原料のグラファイトの比表面積は19.6m/gであり(図3(a))、ノズル部を有するパターン4〜6(図3(b)〜(d))の場合には、グラフェンの比表面積は30.0〜37.0m/g程度にとどまっているのに対して、ノズル部を有さないパターン1(図3(e))では、63.5m/gと高い比表面積を有するグラフェンが得られていることがわかる。 From the result of FIG. 3, the specific surface area of the raw material graphite is 19.6 m 2 / g (FIG. 3A), and in the case of patterns 4 to 6 (FIGS. 3B to 3D) having nozzle portions The graphene has a specific surface area of only about 30.0 to 37.0 m 2 / g, whereas in the pattern 1 having no nozzle portion (FIG. 3E), 63.5 m 2 / g. It can be seen that graphene having a high specific surface area with g is obtained.

このように、ノズル部を有さない層間剥離モジュールを用いて、高圧処理したグラファイトの懸濁液を通過させることによって、グラファイトの層間剥離が精度よく行うことができることが確認された。   Thus, it was confirmed that delamination of graphite can be performed with high accuracy by passing a high-pressure-treated graphite suspension using a delamination module having no nozzle portion.

<実施例2>
表2に示すパターン2の層間剥離モジュール3を備える層間剥離装置1を用いて、表1に示す原料懸濁液No.2を、圧力100MPaで原料供給部から供給して、層間剥離モジュールを連続的に120分間通液させた。なお、通液時の原料懸濁液の流速は、約140ml/minであった。
<Example 2>
Using the delamination device 1 provided with the delamination module 3 having the pattern 2 shown in Table 2, the raw material suspension No. 1 shown in Table 1 was used. 2 was supplied from the raw material supply section at a pressure of 100 MPa, and the delamination module was continuously passed through for 120 minutes. The flow rate of the raw material suspension at the time of passing was about 140 ml / min.

回収した原料懸濁液を6000rpmで60分間遠心分離して、層間剥離されなかったグラファイトの沈殿物を除去することにより、グラフェンの分散液とした。また、得られた分散液を真空ろ過して分散媒を除去し、残渣を乾燥(120℃)して、グラフェンの粉末を得た。得られたグラフェンの収率は約15%(約1.5mg/mLの濃度に相当)であった。   The recovered raw material suspension was centrifuged at 6000 rpm for 60 minutes to remove the graphite precipitate that was not delaminated to obtain a graphene dispersion. The obtained dispersion was vacuum filtered to remove the dispersion medium, and the residue was dried (120 ° C.) to obtain graphene powder. The yield of the obtained graphene was about 15% (corresponding to a concentration of about 1.5 mg / mL).

図4は、得られたグラフェンのTEM観察結果を示す画像である。図4より、実施例2で得られたグラフェンは、層方向の厚さが4nm未満であり、少なくとも10層未満の薄層グラフェンであることがわかる。   FIG. 4 is an image showing a TEM observation result of the obtained graphene. FIG. 4 shows that the graphene obtained in Example 2 is a thin-layer graphene having a thickness in the layer direction of less than 4 nm and at least less than 10 layers.

また、得られたグラフェンについて、以下のようにしてラマン分光分析を行った。   The obtained graphene was subjected to Raman spectroscopic analysis as follows.

分析用サンプルとして、Siウエハ上にグラフェンを蒸着させた。また、原料のグラファイトを用いて比較用サンプルを作製した。   As an analysis sample, graphene was deposited on a Si wafer. Moreover, the sample for a comparison was produced using the raw material graphite.

図5に、比較用サンプル(a)および分析用サンプル(b)のラマンスペクトルを示す。   FIG. 5 shows the Raman spectra of the comparative sample (a) and the analytical sample (b).

図5(a)に示すように、比較用サンプル(原料のグラファイト)では、2つの特徴的なピークが1580cm−1(Gピーク)および2714cm−1(2Dピーク)に確認され、加えて、グラファイトのクリスタライト層の境界に帰属される弱いバンドが1355cm−1(Dピーク)に確認される。一方、図5(b)に示すように、分析用サンプル(本実施例で得られたグラフェン)では、上記のDピークの強度が顕著に増加していることがわかる。 As shown in FIG. 5 (a), in the comparative sample (raw material graphite), two characteristic peaks were confirmed at 1580 cm −1 (G peak) and 2714 cm −1 (2D peak), in addition to graphite. A weak band attributed to the boundary of the crystallite layer is observed at 1355 cm −1 (D peak). On the other hand, as shown in FIG.5 (b), in the sample for analysis (graphene obtained in the present Example), it turns out that the intensity | strength of said D peak is increasing notably.

ここで、DピークとGピークとの比(I/I)を算出すると、原料のグラファイトでは0.15であり、本実施例で得られたグラフェンでは0.55と計算される。このI/I値は、これまでに還元型酸化グラフェンについて報告された値(I/I>1)よりも有意に小さく、このことは、本発明に係る層状物質の層間剥離方法が、層状物質の基礎となる面方向の二次元構造の破壊を有効に抑制していることを示している。 Here, when the ratio of the D peak to the G peak (I D / I G ) is calculated, it is 0.15 for the raw material graphite and 0.55 for the graphene obtained in this example. This I D / I G value is significantly smaller than previously reported for reduced graphene oxide (I D / I G > 1), which means that the layered material delamination method according to the present invention However, it has shown that the destruction of the two-dimensional structure of the surface direction used as the foundation of a layered substance is suppressed effectively.

原料のグラファイトと比較して本実施例で得られたグラフェンのI/I値がわずかに増加しているのは、得られたグラフェンのエッジ効果によるものであると考えられる。 The I D / I G value of graphene obtained by comparing the raw material graphite in this embodiment is a slight increase is believed to be due to the edge effect of the resulting graphene.

また、図5(a)と図5(b)とを比較すると、本実施例で得られたグラフェンでは2Dピークに変化が見られることがわかる。   Further, comparing FIG. 5A and FIG. 5B, it can be seen that the graphene obtained in this example shows a change in the 2D peak.

原料のグラファイトの2Dピークでは、2714cm−1にピーク、2693cm−1にショルダーを有しており、これらはグラファイトの積層構造に特徴的なピークプロファイルである。一方、本実施例で得られたグラフェンの2Dピークでは、わずかに低波数側にシフト(2697cm−1)しており、かつ対称的な形状を有している。このことは、本実施例で得られたグラフェンが、単層もしくは数層のフレーク状構造体で占められていることを強く示唆している。 The 2D peak of the raw material graphite, the peak in 2714cm -1, has a shoulder to 2693cm -1, which are characteristic peak profile a stacked structure of the graphite. On the other hand, the 2D peak of graphene obtained in this example is slightly shifted to the low wavenumber side (2697 cm −1 ) and has a symmetrical shape. This strongly suggests that the graphene obtained in this example is occupied by a single layer or several layers of flaky structures.

<スーパーキャパシタの作製と特性評価>
実施例2で得られたグラフェン(以下、「サンプルグラフェン」という。)を用いて、以下の手順に従ってスーパーキャパシタを作製し、その特性を評価した。
<Production and characteristics evaluation of supercapacitors>
Using the graphene obtained in Example 2 (hereinafter referred to as “sample graphene”), a supercapacitor was produced according to the following procedure, and its characteristics were evaluated.

サンプルグラフェンとポリ(テトラフルオロエチレン)(PTFE)とを、質量比90:10の割合で、NMP中で混合した。次いで、この溶液を、多孔質膜(Hydrophilic、0.2μm PTFE)上で吸引ろ過して電極膜を形成した。この電極膜を25℃で24時間真空乾燥させた後、直径15mmにカットして、重さが約0.8mgの電極を作製した。   Sample graphene and poly (tetrafluoroethylene) (PTFE) were mixed in NMP at a mass ratio of 90:10. Next, this solution was suction filtered on a porous membrane (Hydrophilic, 0.2 μm PTFE) to form an electrode membrane. This electrode film was vacuum-dried at 25 ° C. for 24 hours and then cut to a diameter of 15 mm to produce an electrode having a weight of about 0.8 mg.

テスト用セルとして、電解液にはイオン液体(1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、EMI−TFSI)を用い、セパレーターにはガラス繊維を用い、電流コレクターには導電物として炭素が塗布されたアルミ箔(ExopackTM 0.5mil 両面塗布)を用いた。なお、テスト用セルは、アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で組み立てた。また、サンプルグラフェンの代わりに原料のグラファイトを用いて比較用セルを作製した。 As a test cell, ionic liquid (1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, EMI-TFSI) is used for the electrolyte, glass fiber is used for the separator, and current collector is used. An aluminum foil coated with carbon (Exopack 0.5 mil double-sided coating) was used as a conductive material. The test cell was assembled in a glove box under an argon gas atmosphere. In addition, a comparative cell was produced using raw material graphite instead of sample graphene.

テスト用セルおよび比較用セルについて、VMP3 マルチチャンネル ポテンショスタット/ガルバノスタット(Biologic社)を用いて、サイクリックボルタンメトリー(CV)、電気化学インピーダンス測定(EIS)およびガルバノスタティック測定(GC)を行った。   For the test cell and the comparative cell, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance measurement (EIS), and galvanostatic measurement (GC) were performed using a VMP3 multichannel potentiostat / galvanostat (Biologic).

図6に、特性評価結果をまとめて示す。図6(a)は原料のグラファイトを用いた作製したキャパシタ(比較用セル)のサイクリックボルタモグラム(CV曲線)であり、(b)はサンプルグラフェンを用いた作製したスーパーキャパシタ(テスト用セル)のCV曲線である。図6(c)は比較用セルおよびテスト用セルの電気化学インピーダンス測定結果を示すグラフであり、(d)は比較用セルおよびテスト用セルの充放電特性を示すグラフである。   FIG. 6 summarizes the results of characteristic evaluation. FIG. 6A is a cyclic voltammogram (CV curve) of a capacitor (comparison cell) fabricated using raw graphite, and FIG. 6B is a diagram of a supercapacitor fabricated using sample graphene (test cell). It is a CV curve. FIG. 6C is a graph showing the electrochemical impedance measurement results of the comparative cell and the test cell, and FIG. 6D is a graph showing the charge / discharge characteristics of the comparative cell and the test cell.

特筆すべき点として、図6(d)に示すように、比較用セルの比キャパシタンスが12F/gであったのに対して、テスト用セルでは、75F/gの比キャパシタンスを示した。このように、テスト用セルについて確認された比キャパシタンスの増大は、実施例1に関して示した図3からも理解されるように、原料のグラファイトに比べてサンプルグラフェンの比表面積が大きいことによってもたらされたものであると考えられる。   It should be noted that, as shown in FIG. 6D, the specific capacitance of the comparison cell was 12 F / g, whereas the test cell showed a specific capacitance of 75 F / g. Thus, the increase in specific capacitance confirmed for the test cell is brought about by the fact that the specific surface area of the sample graphene is larger than that of the raw graphite, as can be understood from FIG. It is thought that it was done.

1 層間剥離装置
2 原料導入部
21 溶液タンク
22 高圧ポンプ
3 層間剥離モジュール
31、32、33 通液剥離部材
4 回収部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Delamination apparatus 2 Raw material introduction part 21 Solution tank 22 High pressure pump 3 Delamination module 31, 32, 33 Liquid-peeling member 4 Collection | recovery part

Claims (6)

層状物質を分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して、原料導入部から供給する工程、
前記原料導入部から供給された前記懸濁液を層間剥離モジュールに通過させて、前記層状物質の層間剥離を行う工程、および
前記層間剥離モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収部で回収する工程を含む層間剥離方法であって、
前記原料導入部および前記層間剥離モジュールは、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、内径が0.15mm未満である通液路を有さないことを特徴とする層状物質の層間剥離方法。
A step of high-pressure processing a suspension in which a layered substance is suspended in a dispersion medium, and supplying the suspension from a raw material introduction unit;
The step of passing the suspension supplied from the raw material introduction unit through the delamination module to perform delamination of the layered material, and collecting the suspension after passing through the delamination module in the recovery unit A delamination method comprising a step of:
The raw material introduction part and the delamination module are characterized in that the liquid passage through which the suspension flows has an inner diameter of 0.15 mm or more and does not have a liquid passage having an inner diameter of less than 0.15 mm. A method for delamination of layered materials.
前記懸濁液を5MPa以上の圧力で高圧処理することを特徴とする請求項1に記載の層状物質の層間剥離方法。   The method for delamination of a layered material according to claim 1, wherein the suspension is subjected to high pressure treatment at a pressure of 5 MPa or more. 前記層間剥離モジュールが、2つ以上の通液剥離部材を直列的に連結した構造を有し、前記懸濁液の流れに関して上流側の通液剥離部材の通液路の内径よりも下流側の通液剥離部材の通液路の内径が大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の層状物質の層間剥離方法。   The delamination module has a structure in which two or more liquid-peeling members are connected in series, and is downstream of the inner diameter of the liquid-flow path of the upstream liquid-peeling member with respect to the flow of the suspension. The method for delaminating a layered substance according to claim 1 or 2, wherein the inner diameter of the liquid passage of the liquid peeling member is large. 前記回収部で回収した前記懸濁液を前記原料導入部に再び供給して、前記層間剥離モジュールを通過させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の層状物質の層間剥離方法。   4. The method according to claim 1, further comprising a step of supplying the suspension recovered by the recovery unit to the raw material introduction unit again and passing the delamination module. A method for delamination of the layered material described. 前記層状物質がグラファイトであることを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の層状物質の層間剥離方法。   The layered material delamination method according to any one of claims 1 to 4, wherein the layered material is graphite. 層状物質を分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して供給する原料導入部、
前記原料導入部から供給された前記懸濁液を通過させて、前記層状物質の層間剥離を行う層間剥離モジュール、および
前記層間剥離モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収する回収部を備える層間剥離装置であって、
前記原料導入部および前記層間剥離モジュールは、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、内径が0.15mm未満である通液路を有さないことを特徴とする層状物質の層間剥離装置。

A raw material introduction section for supplying a suspension obtained by suspending a layered material in a dispersion medium after high-pressure treatment,
A delamination module for delamination of the layered material by passing the suspension supplied from the raw material introduction unit; and a recovery unit for collecting the suspension after passing through the delamination module. A delamination device,
The raw material introduction part and the delamination module are characterized in that the liquid passage through which the suspension flows has an inner diameter of 0.15 mm or more and does not have a liquid passage having an inner diameter of less than 0.15 mm. Layer delamination equipment.

JP2015048083A 2015-03-11 2015-03-11 Method for delamination of layered material and apparatus therefor Active JP6474077B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015048083A JP6474077B2 (en) 2015-03-11 2015-03-11 Method for delamination of layered material and apparatus therefor
PCT/JP2016/057826 WO2016143901A1 (en) 2015-03-11 2016-03-11 Method for delaminating layered material and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015048083A JP6474077B2 (en) 2015-03-11 2015-03-11 Method for delamination of layered material and apparatus therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016169114A true JP2016169114A (en) 2016-09-23
JP6474077B2 JP6474077B2 (en) 2019-02-27

Family

ID=56879158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015048083A Active JP6474077B2 (en) 2015-03-11 2015-03-11 Method for delamination of layered material and apparatus therefor

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6474077B2 (en)
WO (1) WO2016143901A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019153774A (en) * 2018-03-02 2019-09-12 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. Multilayer ceramic electronic component

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009148762A (en) * 2002-01-09 2009-07-09 Biryu:Kk Method for manufacturing emulsified/dispersed liquid
JP2014009151A (en) * 2012-07-03 2014-01-20 Harima Chemicals Group Inc Method for producing thin-layer graphite or thin-layer graphite compound
JP2014105123A (en) * 2012-11-27 2014-06-09 Harima Chemicals Inc Method for producing oriented film of thin layer graphite or of thin layer graphite compound
JP2014118315A (en) * 2012-12-14 2014-06-30 Sekisui Chem Co Ltd Flaky graphite production device, and method for producing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009148762A (en) * 2002-01-09 2009-07-09 Biryu:Kk Method for manufacturing emulsified/dispersed liquid
JP4371332B2 (en) * 2002-01-09 2009-11-25 株式会社 美粒 Manufacturing method of emulsification / dispersion
JP2014009151A (en) * 2012-07-03 2014-01-20 Harima Chemicals Group Inc Method for producing thin-layer graphite or thin-layer graphite compound
JP2014105123A (en) * 2012-11-27 2014-06-09 Harima Chemicals Inc Method for producing oriented film of thin layer graphite or of thin layer graphite compound
JP2014118315A (en) * 2012-12-14 2014-06-30 Sekisui Chem Co Ltd Flaky graphite production device, and method for producing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019153774A (en) * 2018-03-02 2019-09-12 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. Multilayer ceramic electronic component

Also Published As

Publication number Publication date
JP6474077B2 (en) 2019-02-27
WO2016143901A1 (en) 2016-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hassan et al. Functional inks and extrusion-based 3D printing of 2D materials: a review of current research and applications
Chen et al. Assembling carbon quantum dots to a layered carbon for high-density supercapacitor electrodes
KR101700355B1 (en) Preparation method of carbon nanotube and dispersed composition of carbon nanotube
TWI543933B (en) Graphite-based carbon material useful as graphene precursor, as well as method of producing the same
JP5797784B2 (en) Manufacture of graphene
Lin et al. Green and facile synthesis of few-layer graphene via liquid exfoliation process for Lithium-ion batteries
Russo et al. Single-step synthesis of graphene quantum dots by femtosecond laser ablation of graphene oxide dispersions
Li et al. Oxidation of multiwalled carbon nanotubes by air: benefits for electric double layer capacitors
CN107108226B (en) Method for preparing graphene by utilizing high-speed homogenization pretreatment and high-pressure homogenization
Liu et al. Directional flow-aided sonochemistry yields graphene with tunable defects to provide fundamental insight on sodium metal plating behavior
Bulusheva et al. Creation of nanosized holes in graphene planes for improvement of rate capability of lithium-ion batteries
US9096938B2 (en) Graphite oxide and/or graphene preparation method
KR20150008050A (en) Production of graphene
JP2011219318A (en) Graphite dispersion liquid, method for manufacturing the same, and graphite powder
JP6573262B2 (en) Method for producing composite material of two-dimensional substance and fibrous substance
US20110155956A1 (en) Fibers Including Nanoparticles And A Method Of Producing The Nanoparticles
US20150060297A1 (en) Graphite oxide and graphene preparation method
KR101653181B1 (en) Method for production of graphene
Youn et al. One-step preparation of reduced graphene oxide/carbon nanotube hybrid thin film by electrostatic spray deposition for supercapacitor applications
DE102016202202B4 (en) Apparatus and method for expanding graphite into graphene
JP6474077B2 (en) Method for delamination of layered material and apparatus therefor
ZAHRAEI et al. Preparation and characterization of Graphene/Nickel Oxide nanorods composite
Başlak et al. Green synthesis of carbon quantum dots from Sideritis vuralii and its application in supercapacitors
JP2012020884A (en) Carbon nanomaterial and use thereof
Liang et al. Preparation of multi-function graphene materials through electrode-distance controlled electrochemical exfoliation

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171222

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180111

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180404

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190123

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6474077

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250