JP2019500305A - 高伝導性および配向グラフェンフィルムならびに製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
本出願は、参照により本明細書に援用される2015年12月3日に出願された米国特許出願第14/757,194号明細書の優先権を主張する。
(1)このフィルムは、高配向の複数のグラフェンシートまたは非常に大きな結晶粒度を有する結晶粒から構成される多結晶であり;これらのグラフェンシートまたは結晶粒は、電子およびフォノンの輸送のための導通を提供する金属によって結合する。フィルムは、すべての結晶粒中のすべてのグラフェン面が互いに実質的に平行に配向している(すなわち、すべての結晶粒の結晶学的c軸が同一方向に実質的に向かっている)。
(a)流動媒体中に分散した酸化グラフェンシートを有する酸化グラフェン分散体、または流動媒体中に溶解した酸化グラフェン分子を有する酸化グラフェンゲルのいずれかを調製するステップであって、酸化グラフェンシートまたは酸化グラフェン分子が5重量%を超える(典型的には20重量%を超えるが、最大50%である)酸素含有量を有するステップと;
(b)剪断応力下で支持固体基材の表面上に酸化グラフェン分散体または酸化グラフェンゲルを供給し堆積して、この支持基材上に配向した酸化グラフェンシートまたは分子を有する酸化グラフェンの湿潤層を形成するステップと;(主として剪断応力のために、GOシートまたはGO分子は層の面方向に沿って高度に配列する)
(c)酸化グラフェンの湿潤層から流動媒体を少なくとも部分的に除去して、X線回折によって測定して0.4nm〜1.2nmの面間隔d002、および5重量%を超える酸素含有量を有する酸化グラフェンの乾燥層を形成するステップと;
(d)55℃〜3,200℃(より好ましくは100℃〜2,500℃、さらに好ましくは300℃〜1,500℃、最も好ましくは500℃〜1,000℃)の熱処理温度において所望の時間の長さで酸化グラフェンの乾燥層の熱処理を行って、0.4nm未満の面間隔d002および5重量%未満の酸素含有量を有する、細孔および構成グラフェンシートまたはグラフェン細孔壁の3D網目構造を有する多孔質黒鉛フィルムを形成するステップと;
(e)多孔質黒鉛フィルムに、構成グラフェンシートまたはグラフェン細孔壁を結合させる導体材料を含浸させて、電子伝導経路およびフォノン伝導経路の連続網目構造を有する所望の伝導性フィルムを形成するステップとを含む。好ましくは、この方法は、含浸させた黒鉛フィルムの機械的圧縮または圧密化を行って高伝導性フィルムを製造するステップ(f)をさらに含む。
レジーム1(55〜200℃):この温度範囲内で(エージング後および熱還元レジーム)、GO層は、主として、熱的に誘導される還元反応が行われ、酸素含有量が典型的には20〜50%(乾燥時)から約5〜6%まで減少する。この処理によって、グラフェン間隔が約0.6〜1.2nm(乾燥時)から約0.4nmまで減少し、GOフィルムの面内熱伝導率が(後の導体材料の含浸なしの場合)約100W/mKから450W/mKまで、約200W/mKから650W/mKまで(導体材料の含浸あり)増加する。このような低い温度範囲でさえも、ある程度のエッジ間化学的連結が起こる。GO分子は十分に配向したままとなるが、GO間隔は比較的大きいままとなる(0.4nm以上)。多くのO含有官能基が残存する。
(a)含浸させたモノマーのその場重合:モノマーは、多くの場合、粘度が低く、移動度が高く、ステップ(d)で作製された多孔質黒鉛フィルム中への流動および浸透が起こりやすい。
(b)ポリマー−溶媒溶液の含浸の後、溶媒の除去:これらのポリマーは、典型的には、溶液を調製するために水または有機溶媒に対して可能性となるいくつかの種類に調製することができる。多孔質黒鉛フィルムの間隙および細孔の中に溶液を含浸させた後、次に水または有機溶媒が除去される。ポリマーが析出して、近傍のグラフェンシートに結合する。
(c)溶融含浸:ある種のポリマーは溶融加工可能であり、ポリマー溶融物を細孔および間隙の中に浸透させることができる。
平均直径が12μmの黒鉛短繊維および天然黒鉛粒子を出発物質として別々に使用し、この出発物質を、濃硫酸、硝酸、および過マンガン酸カリウムの混合物(化学的インターカラントおよび酸化剤として)中に浸漬して、黒鉛インターカレーション化合物(GIC)を調製した。出発物質は、最初に真空オーブン中80℃で24時間乾燥させた。次に、濃硫酸、発煙硝酸、および過マンガン酸カリウム(4:1:0.05の重量比の)の混合物を、適切な冷却および撹拌下で、繊維の断片を入れた三口フラスコにゆっくり加えた。5〜16時間の反応後、酸で処理された黒鉛繊維または天然黒鉛粒子を濾過し、溶液のpHレベルが6に到達するまで脱イオン水で十分洗浄した。100℃で終夜乾燥させた後、得られた黒鉛インターカレーション化合物(GIC)または酸化黒鉛繊維を水および/またはアルコール中に再分散させてスラリーを形成した。
メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)は、China Steel Chemical Co.,Kaohsiung,Taiwanから供給された。この材料は、密度が約2.24g/cm3でありメジアン粒度が約16μmである。MCMB(10グラム)に酸溶液(4:1:0.05の比率の硫酸、硝酸、および過マンガン酸カリウム)を48〜96時間インターカレートさせた。反応終了後、混合物を脱イオン水中に注ぎ、濾過した。インターカレートさせたMCMBをHClの5%溶液中で繰り返し洗浄して、硫酸イオンの大部分を除去した。次に、濾液のpHが4.5以上になるまで、試料の脱イオン水による洗浄を繰り返した。次に、得られたスラリーに対して10〜100分の超音波処理を行って、GO懸濁液を得た。TEMおよび原子間力顕微鏡による研究では、酸化処理が72時間を超える場合はほとんどのGOシートが単層グラフェンであり、酸化時間が48〜72時間の場合は2または3層グラフェンであることが示される。
4:1:0.05の比率の硫酸、硝酸ナトリウム、および過マンガン酸カリウムからなる液体酸化剤を用いて30℃で黒鉛フレークを酸化させることによって、酸化黒鉛を調製した。天然黒鉛フレーク(14μmの粒度)を液体酸化剤混合物中に48時間浸漬し分散させると、その懸濁液またはスラリーは、光学的に不透明で暗色に見え、それが維持される。48時間後、反応材料を水で3回洗浄して、少なくとも3.0のpH値に調整した。次に一連のGO−水懸濁液を調整するために最終量の水を加えた。本発明者らは、GOシートが>3%、典型的には5%〜15%の重量分率を占める場合に、GOシートが液晶相を形成することを確認した。
典型的な手順の1つにおいて、室温で600mlのメチルエチルケトンが入れられた三角フラスコ中に0.2molのアニリンモノマーを入れ、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。この溶液に10mlの水およびドーパントとしての0.1molの硫酸を加え、ドーピング補助剤としての10mlのN−メチルピロリジノン(NMP)をさらに加え、30分間撹拌し、0.25molの過硫酸アンモニウム((NH4)2S2O8)を加え、次に24時間以上反応させた。溶液の粘度が増加し、それによって沈殿物が生成する場合は、溶液の全重量を基準としてメチルエチルケトンではない5重量%以上の追加の溶媒を加えると、それによって撹拌可能になることに留意されたい)。反応溶液を濾過して、伝導性ポリマー溶液を得た。この伝導性ポリマー溶液を、GOゲル由来の層の熱処理によって作製した多孔質黒鉛フィルムに含浸させるために使用した。含浸後、この黒鉛フィルムは、典型的には圧縮によって、固体の比較的細孔のないフィルムが形成された。
別の一例において、室温で600mlのメチルエチルケトンが入れられた三角フラスコ中に0.2molのアニリンモノマーを入れ、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。この溶液に5mlの水および0.25molの過硫酸アンモニウム((NH4)2S2O8)を加え、次に48時間以上反応させた。反応溶液を濾過して、塩基型の伝導性ポリマー溶液を得た。この溶液に0.05molのKMnO4をさらに加え、24時間反応させ、次に濾過して、塩基型の伝導性ポリマー溶液を得た。この溶液に0.1molの硫酸をドーパントとして加えた。得られた溶液に10mlのエタノールを加え、24時間以上撹拌した。溶液の粘度が増加し、それによって沈殿物が生成される場合は、溶液の全重量を基準としてメチルエチルケトンではない5重量%以上の追加の溶媒を加えると、それによって撹拌可能になった。この溶液を濾過して、伝導性ポリマー溶液を得た。この伝導性ポリマー溶液を使用して、フィルムを作製し、その電気伝導率を測定した(典型的には50〜110S/cm)。同じ溶液を使用して、熱処理されたGOゲルまたはGO分散体層から得られる種々の多孔質黒鉛フィルムに含浸させた。
本来伝導性のポリマーのさらに別の一例では、室温で600mlのメチルエチルケトンが入れられた三角フラスコ中に0.2molのピロールモノマーを入れ、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。この溶液に10mlの水および0.25molの過硫酸アンモニウム((NH4)2S2O8)を加え、48時間以上反応させた。反応溶液を濾過して、塩基型の伝導性ポリマー溶液を得た。この溶液に10mlのNMPを加え、1時間撹拌し、0.1molの硫酸をドーパントとして加え、さらに24時間撹拌し、次に濾過して伝導性ポリマー溶液を得た(溶液の粘度が増加し、それによって沈殿物が生成される場合は、溶液の全重量を基準としてメチルエチルケトンではない5重量%以上の追加の溶媒を加えると、それによって撹拌可能になった)。構成要素の配向グラフェンシートまたは分子を互いに結合させるための多孔質黒鉛フィルムの含浸に、この伝導性ポリマー溶液を使用した。
室温で600mlのメチルエチルケトンが入れられた三角フラスコ中に0.3molのチオフェンモノマーを入れ、マグネチックスターラーを用いて撹拌した。この溶液に5mlの水およびドーパントとしての0.1molの硫酸を加えた。この溶液に触媒としての8gの塩化リチウム(LiCl)およびドーピング補助剤としての10mlのNMPを加え、30分間撹拌し、0.3molの過硫酸アンモニウム((NH4)2S2O8)を加え、72時間以上反応させた。反応溶液を濾過して、伝導性のポリマー溶液を得た(溶液の粘度が増加し、それによって沈殿物が生成される場合は、溶液の全重量を基準としてメチルエチルケトンではない5重量%以上の追加の溶媒を加えると、それによって撹拌可能になった)。
水または有機溶媒に対して可溶性となるように本来伝導性のポリマーを合成して、典型的には十分に流動するポリマー溶液を形成することができる。本発明者らは、これらの伝導性ポリマー溶液が、本発明の方法を用いて作製した黒鉛フィルムの細孔中に容易に含浸することができ、これらの溶液が(GOまたはRGOでできた)細孔壁表面を容易にぬらすことも見出した。本発明者らは、伝導性黒鉛フィルムの細孔中にポリマー溶液を含浸させるために、ポリマー溶液浴に出入りさせて黒鉛フィルムを浸すこと、浸漬(ロールツーロール方式で、連続長さの黒鉛フィルムをポリマー溶液浴中に導入し、次に浴から取り出す)、およびポリマー溶液を黒鉛フィルムの表面上に噴霧して溶液を黒鉛フィルムの細孔中に吸い込ませることのいくつかの異なる手順を使用した。あるいは、一部のモノマー(たとえばアニリンおよびピロール)は、電気化学的装置中の電極としてフィルムが使用される場合に、黒鉛フィルムの細孔中で直接電気化学的に重合させることができる。伝導性ポリマーの電気化学的合成は当技術分野において周知である。
調べた伝導性有機化合物としては、コールタールピッチおよびその誘導体、石油ピッチおよびその誘導体、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ、多環式芳香族化合物(たとえばナフタレン)、ペンタセン、アントラセン、ならびにルブレンが挙げられる。これらの材料は、典型的には50〜500℃の間、より典型的には100〜300℃の間の融点を有する。したがって、これらの化学種による黒鉛フィルムの含浸は、ディッピング、浸漬、および噴霧などの液体含浸(溶融含浸または溶液含浸)によって容易に行うことができる。100〜3,000℃の温度でGO層を熱処理することによって作製される黒鉛フィルムの場合、これらの有機化合物は、細孔中に容易に浸透して、結果として得られる黒鉛フィルムの細孔壁をぬらす。続いて、含浸させた黒鉛フィルムを250〜1,500℃(好ましくは350〜1,000℃)の温度で熱処理することで、これらの有機化合物の電気伝導率および熱伝導率を大幅に増加させることができる。
多孔質黒鉛フィルムの細孔中に金属を含浸させるために、電気化学的堆積もしくはめっき、パルス電力堆積、電気泳動堆積、無電解めっきもしくは堆積、金属溶融含浸(ZnおよびSnなどの低融点の金属の場合により好都合である)、金属前駆体含浸(金属前駆体を含浸させ、次に前駆体を金属に化学的または熱的に変換する)、物理蒸着、物理的蒸気浸透、化学蒸着、化学的蒸気浸透、およびスパッタリングのいくつかの手順を使用することができる。
種々の段階の熱処理における数種類の乾燥GO層および黒鉛フィルムの内部構造(結晶構造および配向)について調べた。熱処理前の乾燥GOの層、150℃で1時間熱還元したGOフィルム、および黒鉛フィルムのX線回折曲線をそれぞれ図11(A)、図11(B)、および図11(C)に示す。乾燥GO層のおおよそ2θ=12°のピーク(図11(A))は、約0.7nmのグラフェン間隔(d002)に対応する。150℃においてある程度熱処理すると、乾燥GOコンパクトは、22°を中心とするハンプの形成を示し(図11(B))、これはグラフェン間隔の減少過程を開始したことを示しており、化学的連結および秩序化過程の開始を示している。2,500℃の熱処理温度を1時間用いると、d002間隔は約0.336まで減少し、黒鉛単結晶の0.3354nmに近い。
図8(A)は、GOゲル由来の黒鉛フィルム(コンマコーティング、熱処理、および圧縮によって作製)、ポリアナリン(polyanaline)(10重量%のPANi)を含浸させて同様に作製した黒鉛フィルム、RGOプレートレット紙、およびPANiを含浸させたRGOプレートレット紙の電気伝導率値を示しており、これらすべてが最終熱処理温度の関数としてプロットされている。明らかに、他の場合にはばらばらのグラフェンシートまたは分子の間の間隙を満たす伝導性バインダー(PANi)を使用すると、結果として得られる導体材料が結合した黒鉛フィルムは、PANiを含浸させていない黒鉛フィルムよりもはるかに高い電気伝導率を示している。この差は200S/cmの大きさである。これは非常に顕著で予期せぬものであるが、その理由は、このPANiの電気伝導率(単独で薄いフィルムにキャスティングした場合)はわずか10〜150S/cmの範囲内の電気伝導率を示し、さらに黒鉛フィルム自体の電気伝導率は14,000S/cmであるからである。複合材料の分野で一般に使用される周知の「複合則」によると、このPANiを充填した黒鉛フィルムの理論的電気伝導率値は、14,000×0.90+150×0.10=12,615S/cm以下になると予測される。この予測に反して、実験値は約16,000S/cmである。この驚くべき結果は、PANi鎖がグラフェンシート/分子の間の間隙を満たし、1つのグラフェンシート/分子中の電子がPANiを通って、跳ね返ることなく、近傍のグラフェンシート/分子まで到達できるという見解によるものと思われる。これによって、電子の平均自由行程が効果的に増加する(したがって、効果的な移動度が得られる)。この相乗効果は、まさに有益で予期せぬものである。
一連のリバースロールコーティングされたGOゲル由来の黒鉛フィルム、それらの金属を含浸させた相当物、RGO紙、および金属を含浸させたRGO紙を作製した。これらの材料の引張特性を求めるために万能試験機を使用した。これらの試料の引張弾性率および引張強度をある範囲の熱処理温度にわたってプロットしている。図13(A)は、GO由来の黒鉛フィルム、それらのZnを含浸させた相当物(5重量%のZn)、RGOプレートレット紙、および5%のZnを含浸させたRGO紙の引張弾性率を示している。図13(B)は、GO由来の黒鉛フィルム、それらのZnを含浸させた相当物(5重量%のZn)、RGOプレートレット紙、および5%のZnを含浸させたRGO紙の対応する引張強度を示している。
図14は、GO層のコンマコーティングおよびリバースロールコーティングを行い、1,500℃の最終熱処理温度で処理し(続いてCu含浸、またはCu含浸なし)、圧縮して作製した種々の黒鉛フィルムの熱伝導率を示しており、すべてが個別の乾燥GO層の厚さ値の関数としてプロットされている。これらの結果は、ロール転写コーティング(より高度なグラフェンシート配向を得ることができる)によって製造された黒鉛フィルムは、層の厚さに対する依存性が比較的低いことを示している。(非常に顕著には、少量の金属の含浸によって、厚いフィルム(200μm、HTT=1,500℃)で非常に高い熱伝導率(1,350〜1,600W/mK)に到達可能となり、この値に到達するためには、薄いポリイミド由来の熱フィルム(たとえば25μm)の場合でさえも2,500℃のHTTが必要である。
図15は、リバースロールコーティングされ、1,000℃の最終熱処理温度で熱処理され、最終厚さが約50μmである層から作製した黒鉛フィルムの熱伝導率を示しており、含浸させた導体バインダー(ポリピロール、ポリチオフェン、およびCu)の比率の関数としてプロットされている。すべての例において、相乗効果(直線からのずれ)が確認される。最大の熱伝導率値は、導体バインダー重量分率が20%〜35%の間の場合に得られ、それを超えると導体材料(すべてグラフェンよりも熱伝導率が低い)の効果が支配的となり始める。
種々の導体材料が結合した高配向グラフェンシート(プリスティングラフェンおよびRGO)から構成される黒鉛フィルムの熱伝導率に関するさらなるデータを以下の表1にまとめている。これらのデータは、黒鉛材料への熱伝導性の付与における本発明の黒鉛フィルムの驚くべき優位性をさらに示している。
(1)本発明の黒鉛フィルム(薄いまたは厚い)は、典型的には大きな結晶粒を有する多結晶である一体化された構造である。黒鉛フィルムは、すべてが互いに実質的に平行に配向しており、幅が広いまたは長い化学結合したグラフェン面を有する。言い換えると、すべての結晶粒中のすべての構成グラフェン面の結晶学的c軸方向は、実質的に同じ方向を向いている。
Claims (36)
- 導体が結合した高配向グラフェンシートの高伝導性フィルムの製造方法であって:
(a)流動媒体中に分散したばらばらのグラフェンシートを有するグラフェン分散体、または流動媒体中に溶解した酸化グラフェン分子を有する酸化グラフェンゲルのいずれかを調製するステップであって、前記酸化グラフェン分子が5重量%を超える酸素含有量を有するステップと;
(b)剪断応力下で支持固体基材の表面上に前記グラフェン分散体または酸化グラフェンゲルを供給し堆積して、前記支持基材上に配向したグラフェンシートまたは酸化グラフェン分子を有するグラフェンまたは酸化グラフェンの湿潤層を形成するステップと;
(c)グラフェンまたは酸化グラフェンの前記湿潤層から前記流動媒体を少なくとも部分的に除去して、X線回折によって測定して0.4nm〜1.2nmの面間隔d002、および5重量%以上の酸素含有量を有するグラフェンの乾燥層または酸化グラフェンの乾燥層を形成するステップと;
(d)55℃〜3,200℃の熱処理温度において所望の時間の長さでグラフェンまたは酸化グラフェンの前記乾燥層の熱処理を行って、0.4nm未満の面間隔d002を有する、細孔および構成グラフェンシートまたはグラフェン細孔壁の3D網目構造を有する多孔質黒鉛フィルムを形成するステップと;
(e)前記多孔質黒鉛フィルムに、前記構成グラフェンシートまたはグラフェン細孔壁を結合させる導体材料を含浸させて、電子伝導経路およびフォノン伝導経路の連続網目構造を有する前記高伝導性フィルムを形成するステップと
を含む、製造方法。 - 前記伝導性フィルムの機械的圧縮または圧密化を行うステップ(f)をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記導体材料が、金属、本来伝導性のポリマー、伝導性有機化合物、またはそれらの組合せから選択され、前記本来伝導性のポリマーが、ポリ(フルオレン)、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリ(ピロール)(PPY)、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリアニリン(PANI)、ポリ(チオフェン)(PT)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)、ポリ(p−フェニレンスルフィド)(PPS)、ポリ(アセチレン)(PAC)、またはポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記導体材料がTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Pd、Ag、Cd、Au、Pt、W、Al、Sn、In、Pb、Bi、それらの合金、またはそれらの混合物から選択される金属を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記導体材料がCu、Al、Ti、Sn、Ag、Au、Fe、またはそれらの合金から選択される金属を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記導体材料が、コールタールピッチ、コールタールピッチの誘導体、石油ピッチ、石油ピッチの誘導体、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ、多環式芳香族化合物、ペンタセン、アントラセン、ルブレン、またはそれらの組合せから選択される伝導性有機化合物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記導体材料が、全伝導性フィルム重量を基準として0.1%〜50%の重量分率を占める、請求項1に記載の方法。
- 前記導体材料が、全伝導性フィルム重量を基準として1%〜20%の重量分率を占める、請求項1に記載の方法。
- 前記導体材料が少なくとも末端間方式で前記構成グラフェンシートを結合させる、または前記導体材料が前記多孔質黒鉛フィルムの細孔中を満たす、請求項1に記載の方法。
- 前記供給し堆積するステップが、噴霧、キャスティング、印刷、コーティング、またはそれらの組合せの作業を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング作業が、スピンコーティング、ディップコーティング、浸漬ディップコーティング、エアナイフコーティング、アニロックスコーティング、フレキソコーティング、ギャップコーティングもしくはナイフオーバーロールコーティング、グラビアコーティング、メータリングロッドコーティング、キスコーティング、スロットダイコーティング、スロットダイビードコーティング、スライドコーティング、テンションウェブスロットダイコーティング、ローラーコーティング、シルクスクリーンコーティング、ロータリースクリーンコーティング、押出コーティング、コンマコーティング、カーテンコーティング、またはそれらの組合せを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記コーティング作業が、スロットダイコーティング、コンマコーティング、またはリバースロール転写コーティングを含む、または前記キャスティング作業がスピンキャスティング、スプレーキャスティング、または複合キャスティング−コーティングを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記熱処理温度が80〜1,500℃である、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質黒鉛フィルムに導体材料を含浸させる前記ステップが、電気化学的堆積もしくはめっき、パルス電力堆積、溶液含浸、電気泳動堆積、無電解めっきもしくは堆積、金属溶融含浸、金属前駆体含浸、化学堆積、物理蒸着、物理的蒸気浸透、化学蒸着、化学的蒸気浸透、スパッタリング、またはそれらの組合せの作業を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質黒鉛フィルムに導体材料を含浸させる前記ステップ、および熱処理の前記ステップが同時に行われる、請求項1に記載の方法。
- 熱処理の前記ステップ(d)の前に、酸化グラフェンの前記湿潤層または乾燥層をエージング室中、25℃〜100℃のエージング温度、および20%〜99%の湿度レベルで、1時間〜7日のエージング時間でエージングを行って、酸化グラフェンのエージングされた層を形成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 熱処理の前記ステップ(d)が、前記黒鉛フィルム中の面間隔d002を0.3354nm〜0.36nmの値まで減少させ、酸素含有量を2重量%未満まで減少させるのに十分な時間の長さで行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記流動媒体が水および/またはアルコールからなる、請求項1に記載の方法。
- 前記グラフェン分散体中の前記グラフェンシートが、グラフェンシートと液体媒体とを合わせた全重量を基準として0.1%〜25%の重量分率を占める、請求項1に記載の方法。
- 前記酸化グラフェンゲル中の前記酸化グラフェン分子が、酸化グラフェン分子と液体媒体とを合わせた全重量を基準として0.5%〜15%の重量分率を占める、請求項1に記載の方法。
- 前記グラフェン分散体中の前記グラフェンシートが、グラフェンシートと液体媒体とを合わせた全重量を基準として3%〜15%の重量分率を占める、請求項19に記載の方法。
- 前記グラフェン分散体または酸化グラフェンゲルが、液晶相を形成するために、前記流動媒体中に分散または溶解した3重量%を超えるグラフェンまたは酸化グラフェンを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記伝導性フィルムが10nm〜500μmの厚さを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記伝導性フィルムが100nm〜100μmの厚さを有する、請求項1に記載の方法。
- 粉末または繊維の形態の黒鉛材料を、反応容器中の酸化性液体中に、反応温度において、前記グラフェン分散体または前記酸化グラフェンゲルを得るのに十分な時間の長さで浸漬するステップによって、前記酸化グラフェン分散体または酸化グラフェンゲルが調製され、前記黒鉛材料が、天然黒鉛、人造黒鉛、中間相炭素、中間相ピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、軟質炭素、硬質炭素、コークス、炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、またはそれらの組合せから選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記第熱処理温度が500℃〜1,500℃の範囲内の温度を含み、前記黒鉛フィルムが、1%未満の酸素含有量、0.345nm未満のグラフェン間隔、少なくとも1,000W/mKの熱伝導率、および/または3,000S/cm以上の電気伝導率を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記第熱処理温度が1,500℃〜2,200℃の範囲内の温度を含み、前記黒鉛フィルムが、0.01%未満の酸素含有量、0.337nm未満のグラフェン間隔、少なくとも1,300W/mKの熱伝導率、および/または5,000S/cm以上の電気伝導率を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記熱処理温度が2,500℃を超える温度を含み、前記黒鉛フィルムが、0.001%以下の酸素含有量、0.336nm未満のグラフェン間隔、0.7以下のモザイクスプレッド値、少なくとも1,500W/mKの熱伝導率、および/または10,000S/cm以上の電気伝導率を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記黒鉛フィルムが0.337nm未満のグラフェン間隔および1.0未満のモザイクスプレッド値を示す、請求項1に記載の方法。
- 前記黒鉛フィルムが80%以上の黒鉛化度および/または0.4未満のモザイクスプレッド値を示す、請求項1に記載の方法。
- 前記黒鉛フィルムが90%以上の黒鉛化度および/または0.4以下のモザイクスプレッド値を示す、請求項1に記載の方法。
- 前記グラフェン分散体または酸化グラフェンゲルが、最大の元の黒鉛結晶粒度の黒鉛材料から得られ、前記黒鉛フィルムが、前記最大の元の黒鉛結晶粒度よりも大きい結晶粒度を有する多結晶グラフェン構造である、請求項1に記載の方法。
- 前記グラフェン分散体または酸化グラフェンゲルが、X線回折法または電子線回折法によって測定して好ましい結晶配向を示さない複数の黒鉛微結晶を有する黒鉛材料から得られ、前記黒鉛フィルムが、前記X線回折法または電子線回折法によって測定して好ましい結晶配向を有する単結晶または多結晶グラフェン構造である、請求項1に記載の方法。
- 前記熱処理ステップによって、酸化グラフェン分子のエッジ間方式での化学的連結、合体、または化学結合が誘導される、請求項10に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法によって製造された導体が結合した配向グラフェンシートの高伝導性フィルム。
- 請求項35に記載の高伝導性フィルムを含む温度管理装置。
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