KR20120095907A - 그래핀 용액, 그래핀 알칼리 금속 염, 및 그래핀 복합 재료의 제조 방법 - Google Patents

그래핀 용액, 그래핀 알칼리 금속 염, 및 그래핀 복합 재료의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120095907A
KR20120095907A KR1020127012193A KR20127012193A KR20120095907A KR 20120095907 A KR20120095907 A KR 20120095907A KR 1020127012193 A KR1020127012193 A KR 1020127012193A KR 20127012193 A KR20127012193 A KR 20127012193A KR 20120095907 A KR20120095907 A KR 20120095907A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene
alkali metal
solution
graphene solution
purified
Prior art date
Application number
KR1020127012193A
Other languages
English (en)
Inventor
아우렐 볼프
기울리오 롤리
레슬로 믈렉즈코
올리버 펠릭스-칼 슐뤼터
Original Assignee
바이엘 테크놀로지 서비시즈 게엠베하
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 바이엘 테크놀로지 서비시즈 게엠베하 filed Critical 바이엘 테크놀로지 서비시즈 게엠베하
Publication of KR20120095907A publication Critical patent/KR20120095907A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C01B32/19—Preparation by exfoliation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • C01B32/196—Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/04—Specific amount of layers or specific thickness

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 알칼리 금속 염을 이용한 그래핀 용액의 제조 방법, 그래핀 용액, 그래핀 알칼리 금속 염의 제조 방법, 그래핀 알칼리 금속 염 및 그래핀 복합 재료, 및 그래핀 복합 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

그래핀 용액, 그래핀 알칼리 금속 염, 및 그래핀 복합 재료의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING GRAPHENE SOLUTIONS, GRAPHENE ALKALI METAL SALTS, AND GRAPHENE COMPOSITE MATERIALS}
본 발명은 알칼리 금속 염을 이용한 그래핀 용액의 제조 방법, 그래핀 용액, 그래핀 알칼리 금속 염의 제조 방법, 그래핀 알칼리 금속 염 및 그래핀 복합 재료, 및 그래핀 복합 재료의 제조 방법에 관한 것이다.
그래핀은 개별 흑연 층과 유사한 구조를 갖는 2차원 탄소 결정을 포함한다. 탄소 원자는 육각형 벌집 구조로 배열되어 있다. 상기 배열은 관여하는 탄소 원자의 2s, 2px 및 2py 오비탈의 혼성화 ("융합")로부터 기인하여 sp2 혼성 오비탈로서 알려진 것을 제공한다. 그래핀은 금속성 및 비금속성 성질을 갖는다. 그래핀의 금속성 성질은 양호한 전기 전도성 및 열 전도성에 관한 것이다. 비금속성 성질은 이들 화합물의 높은 열 안정성, 화학적 불활성 및 윤활성을 생성한다. 따라서, 그래핀은 여러 산업적 용도, 예를 들어 배터리, 연료 전지 또는 내화성 재료에 적합하다.
최초의 그래핀 박편은 노보셀로브(Novoselov) (문헌 [K. S. Novoselov, et al.; Science 306, 5696, 2004, p. 666-669] 참조)에 의해 HOPG (고 배향성 열분해 흑연)의 박리로 수득되었다. 이는 HOPG 상에 접착성 테이프를 압착시킨 다음 그를 벗겨냄으로써 수행되었으며; 이는 접착제에 흑연을 남긴다. 이후, 접착제 스트립은 얇은 이산화규소 층을 갖는 규소 웨이퍼 상에 압착되고, 다시 벗겨진다. 이후, 그래핀은 적합한 광학 방법에 의해 가시화된다. 이 방법은 매우 시간-소모적이고, 고-가치이지만 단지 극소수의 샘플이 수득된다.
기계적 박리 외에, 유기 분자로부터의 합성 (예를 들어, 문헌 [L. Zhi, et al.; J. Mater. Chem. 18, 18, 2008, p. 1472-1484] 참조) 및 예를 들어 산화성 산, 예를 들어 질산, 또는 산화성 염, 예들 들어 과망간산칼륨 또는 크롬산칼륨의 흑연에의 삽입 및 이후 열 또는 기계적 처리로 약 40-50 그래핀 층에 상응하는 약 20 나노미터 두께의 그래핀을 생성하는 화학적 박리가 존재한다 [US 4 895 713]. 보다 적은 수의 그래핀 층의 생성은 이 방법에 의해서는 불가능하다.
추가의 방법은 강산화제를 이용한 그래핀 옥시드의 제조에 관한 것이다. 이 방법에 의해 생성된 그래핀 옥시드는 형태학적 관점에서 그래핀 층에 유사하지만, 전부 산화된 상태로 인해 화학적 관점에서는 그래핀과 상이하다. 환경적으로 유해한 독성의 액상 히드라진을 이용함으로써, 추가로 이 방법에 의해 생성된 그래핀 옥시드를 환원시켜 궁극적으로는 그래핀을 수득하는 것이 가능하다 (문헌 [Stakovich, S. et al. Jour. of Mat. Chem. 2006, 16; 155-158] 참조).
상기 기재된 공지의 방법의 단점은 그래핀의 낮은 수율, 보다 두꺼운 그래핀 층의 생성, 및 그래핀을 제조하기 위해 환경적으로 유해한 독성의 고가 화학적 작용제를 사용해야하는 필요성이다. 따라서, 종래 기술의 단점을 해결 및 극복할 수 있는 신규 그래핀 제조 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 신규 그래핀 제조 방법을 제공하는 것이었다. 본 발명에 따른 목적은 흑연을 극성 유기 용매 중에서 알칼리 금속 염에 의해 환원시키는 그래핀 용액의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
상기 방법의 한 이점은 그래핀 용액의 제조를 위한 환경적으로 유해한 독성의 고가 작용제의 사용을 피하는 것이다. 특정 화학적 박리 방법에 대해 기재된 바와 같은 700℃ 내지 1200℃ 온도로의 열 처리 또한 필요하지 않다. 본 발명에 따른 방법의 추가의 이점은 산업적 규모로 그래핀을 제조할 수 있는 관련 가능성 및 규모확장성(scalability)에 있다. 게다가, 본 발명에 따른 방법은 또한 층 두께가 20 나노미터 미만인 그래핀의 제조, 즉 단지 1개의 그래핀 층 (0.34 nm)을 갖는 그래핀의 축소 제조를 가능하게 한다. 층 두께는 첨가되는 환원제의 양을 통해 본 발명에 따른 방법에 의해 정확하게 제어될 수 있다 (도 2 참조). 따라서, 예를 들어, 동일한 산업적 규모 설비 및 반응 조건 (예컨대 첨가되는 환원제의 양)에 대한 최소의 변화로 상이한 생성물을 제조하는 것이 가능하다. 추가의 이점은, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조가능한 그래핀 용액이 기판의 표면 기능화와 관련하여, 특히 전형적인 인쇄, 코팅 및 함침 방법과 관련하여 용이하게 처리될 수 있다는 점에서 이들로부터 발생한다.
바람직하게는 본 발명에 따라, 하기 화학식의 알칼리 금속 염이 그래핀 용액의 제조 방법에 첨가된다:
A+ B-
상기 식에서, A+는 알칼리 금속 이온, 특히 리튬 또는 나트륨의 양이온이고,
B-는 다중방향족 화합물의 음이온인 것을 특징으로 한다.
사용되는 음이온은 바람직하게는 다중방향족 화합물이다. 이들의 예로는 나프탈렌, 안트라센, 카르바졸, 페릴렌, 페난트렌, 코로넨, 크리센, 트리페닐렌, 플루오레논, 벤조페논 및/또는 안트라퀴논이 포함된다. 나프탈렌의 사용이 특히 바람직하다.
그래핀 용액의 제조 방법에 적합한 극성 유기 용매는 특히 테트라히드로푸란 (THF), 아세토니트릴, 1,2-디메톡시에탄 (DME), 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 트리- 또는 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 술포란 (테트라메틸렌 술폰), 테트라메틸렌 술폭시드 (TMSO), N,N-디에틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드 (DMAc), N,N-디메틸포름아미드 (DMF), N-메틸피롤리돈 (NMP), 디메틸 술폭시드 (DMSO), 디메틸 술폰, 디페닐 술폭시드, 디페닐 술폰, 테트라메틸우레아, 테트라-n-부틸우레아, 1,3-디메틸이미다졸리딘-2-온 (DMI), 다른 글리콜 에테르 또는 이들의 혼합물이다. 바람직한 유기 용매는 글리콜 에테르, 예컨대 1,2-디메톡시에탄 (DME), 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 트리- 또는 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 또는 이들의 혼합물이다.
본 발명에 따른 목적상, 다중방향족 화합물은 바람직하게는 먼저 (매우 실질적으로 무수인) 극성 유기 용매 중에 바람직하게는 10 mM (1:100) 내지 1 M (1:1)의 비로 바람직하게는 교반 하에 용해된다. 이후, 알칼리 금속이 바람직하게는 약간의 화학량론적 초과량으로, 즉 용액 11 mM 내지 1.1 M의 비로 상기 용액에 공급된다. 알칼리 금속은 바람직하게는 매우 작은 단편으로 공급되어 (예를 들어 와이어의 절단 등에 의함) 알칼리 금속의 용해를 용이하게 한다. 그 결과 수득된 용액은 바람직하게는 15분 내지 2시간의 기간에 걸쳐 60℃ 내지 120℃의 온도로 가열되어 알칼리 금속의 용해를 가속화시킨다. 그 결과 수득된 용액 (이하에서는 "환원제"라고도 지칭됨)이 추가로 직접 사용되지 않는다면, 이후 장기간에 걸친 사용을 위해 냉각 및 저장될 수 있다.
이어서, 그래핀 용액을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 바람직하게는 교반 하에 흑연이 환원제에 첨가된다. 특히 당업자에게 통상적인 지식인 기계적 처리 기술에 의해 수득될 수 있는 매우 미세하게 분쇄된 흑연을 사용하는 것이 특히 적합하다. 박리 및 용해 단계는 매우 미세하게 분쇄된 흑연에 의해 지지된다. 이 단계는, 최소 수준의 침전물이 보이는 안정한 그래핀 용액이 수득될 때까지 수행된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 알칼리 금속 1 mol 당 흑연 4000 g 미만 및 바람직하게는 알칼리 금속 1 mol 당 흑연 20 g 미만의 흑연 대 알칼리 금속 비로 수행된다.
그래핀 용액을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 가능한 한 불활성 조건 하에서 수행된다. 본 발명에 따른 용어 "불활성 조건"은, 본 발명에 따른 방법, 또는 그로부터 생성된 용액 및 화합물을 위해 그래핀 용액을 제조하는데 사용되는 작용제와 최소량의 물 또는 산소가 접촉하게 되거나 매우 실질적으로는 물 또는 산소가 접촉하지 않게 되는 조건을 지칭한다. 이는 바람직하게는 불활성화 공간, 예를 들어 본질적으로 꽉 찬-가스로 밀봉될 수 있으며 불활성 가스 분위기 (예를 들어 질소 또는 아르곤)으로 채워진 글러브박스에서 본 발명에 따른 방법을 수행함으로써 보장될 수 있다. 당업자는 상응하는 대안적인 장치 및 시스템을 알고 있다.
본 발명은 또한 (음전하) 그래핀, 다중방향족 화합물 및 (양전하) 알칼리 금속이 극성 유기 용매 중에 용해된 채로 존재하는 용액 (본원에서 "그래핀 용액"으로 지칭됨)에 관한 것이다. 상기 그래핀 용액에 적합한 다중방향족 화합물, 알칼리 금속 및 극성 유기 용매는 이미 상기에 기재되어 있다. 본 발명은 또한 그래핀 용액을 제조하는 상기 기재된 방법에 의해 제조되는 그래핀 용액에 관한 것이다. 그래핀 용액은 바람직하게는 불활성 조건 하에 저장된다.
본 발명은 또한 본 발명의 그래핀 용액의 용매를 증발시킴으로써 그래핀 알칼리 금속 염을 제조하는 방법에 관한 것이다. 증발에 적합한 방법 또는 장치, 예를 들어 회전식 증발기는 당업자에게 공지되어 있다. 이 방법은 바람직하게는 또한, 예를 들어 나프탈렌을 사용하는 경우에 다중방향족 화합물을 증발시킨다. 증발에 의해 제거될 수 없는 다른 다중방향족 화합물을 사용하는 경우에, 임의의 다중방향족 화합물을 제거하기 위해 당업자에게 공지된 다른 추출 방법을 사용하는 것이 가능하다. 본 발명은 또한 상기 방법에 의해 제조될 수 있는 그래핀 알칼리 금속 염을 제공한다.
본 발명은 또한, 용매를 증발시킴으로써 그래핀 알칼리 금속 염을 제조하는 상기 기재된 방법에 의해 제조될 수 있는 그래핀 알칼리 금속 염이 바람직하게는 불활성 조건 하에 및 바람직하게는 그래핀 알칼리 금속 염 1:100 내지 1:1의 비로 비양성자성 유기 용매 중에 용해되어 있는 그래핀 용액 (이하에서는 "정제된 그래핀 용액"으로 지칭됨)의 제조 방법에 관한 것이다. 적합한 비양성자성 유기 용매는 특히 비양성자성 극성 유기 용매이며, 따라서 바람직하게는 예를 들어 극성 유기 용매에 대해 이미 상기 기재한 것들이다. 이 공정 단계의 이점은 특히, 추가의 처리 단계와 관련하여, 이 기회에 추가의 처리에 보다 적합한 또다른 용매 중에 그래핀을 용해시키는 것이 가능하다는 것이다. 예를 들어, 정제된 그래핀 용액이 본 발명의 복합 재료의 제조에 사용된다면, 그래핀 알칼리 금속 염은 또한 이 단계에서 첨가될 물질에 적합한 용매 중에 용해될 수 있다. 예를 들어, 그래핀-폴리스티렌 복합 재료의 제조를 위해, 알칼리 금속 염은 바람직하게는 DMF에 용해되는데, 이는 폴리스티렌이 또한 DMF에 효율적으로 용해되기 때문이다. 당업자는 정제된 그래핀 용액을 사용하는 특정 분야에 비양성자성 유기 용매가 사용되어야 함을 알고 있다. 본 발명은 또한 이 방법에 의해 제조된 정제된 그래핀 용액에 관한 것이다. 상기 정제된 그래핀 용액은 바람직하게는 사용될 때까지 불활성 조건 하에서 더 저장된다.
필요하다면, 그래핀의 중성 특성은 그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액을 공기 또는 물에 노출시킴으로써 재확립될 수 있다. 이는 그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액을 다른 중합체와 함께 사용하는 것 및 특히 중합체 섬유의 제조에서 사용하는 것과 관련하여 유용할 수 있다. 그래핀 염은, 예를 들어 방적(spun) 중합체 섬유의 성숙 또는 건조 단계의 과정에서 공기 또는 물과의 접촉시 중합체 또는 방적 중합체 섬유 내에서 순수한 그래핀으로 전환될 수 있다.
본 발명의 그래핀 용액 또는 본 발명의 정제된 그래핀 용액은 또한, 예를 들어 재료 및 특히 중합체의 표면을 기능화하는데 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 이들 재료의 표면은 본 발명의 용액으로 함침, 코팅 또는 인쇄된다. 예를 들어, 규소 웨이퍼와 같은 전기 재료는 그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액으로 코팅 또는 각인되어 신규 마이크로전자 부품, 예를 들어 트랜지스터 (그래핀으로부터 형성된 전기 회로를 가짐)를 생성할 수 있다. 그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액은 특히 간단한 처리성을 가능케 하여 그들을 전형적인 인쇄 기술 및 마이크로리소그래피에 의한 사용에 특히 관심있는 재료로 만든다.
순수한 그래핀 (기판에 영향을 줄 수 있음)을 수득하는데 상기 기재된 히드라진과 같은 작용제가 필요한 그래핀 옥시드-함침, 코팅 또는 인쇄 기판과 비교하여, 그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액으로 함침, 코팅 또는 인쇄된 기판의 경우 단지 주변 공기에의 노출이 필요하다.
본 발명에 따른 추가의 방법은 본 발명의 그래핀 용액 또는 본 발명의 정제된 그래핀 용액을 사용하고, 바람직하게는 교반 하에 추가의 물질을 첨가하고, 이후 적합한 마무리 공정에 의해 복합 재료를 제공하기 위해 추가 처리하는 복합 재료의 제조를 기재한다.
그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액에 첨가될 수 있는 적합한 물질은 예를 들어 플라스틱, 금속 또는 세라믹 물질이다. 이들은 바람직하게는 10％ 미만, 보다 바람직하게는 5％ 미만, 가장 바람직하게는 2％ 이하, 바람직하게는 0.1 내지 1％의 그래핀 중량비를 갖는 복합 재료를 생성하기 위한 비로 그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액에 첨가된다. 본 발명의 복합 재료에 적합한 중합체의 예는 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 폴리(메틸) 메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카르보네이트, 에폭시 수지, 폴리플루오린화 탄화수소, 폴리이미드, 폴리아미드, 플루오린화 중합체, 아크릴아미드, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르 및 이들의 혼합물이다. 적합한 금속은 특히 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 및 이들의 합금이다. 구리, 예컨대 황동 또는 청동과의 합금도 본 발명의 복합 재료의 제조에 적합하다. 적합한 세라믹 재료는 예를 들어 옥시드 세라믹, 예컨대 알루미늄 옥시드 또는 베릴륨 옥시드, 비옥시드 세라믹, 예컨대 탄화규소, 질화붕소, 탄화붕소 또는 복합 세라믹이다.
적합한 물질은 바람직하게는 분말 형태 또는 미세 과립으로 그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액에 첨가된다.
적합한 마무리 공정은 특히 열 처리 공정, 예를 들어 소결이다. 추가의 물질과 혼합된 그래핀 용액 또는 정제된 그래핀 용액은 산소 환경에 노출되고, 적합한 온도 및 적합한 압력에서 열 처리된다. 적합한 조건 (온도, 압력, 체류 시간 등)은 첨가되는 물질에 좌우된다 (그래핀에는 좌우되지 않는다). 예를 들어, 금속 또는 합금을 사용하는 경우 온도는 금속 또는 합금의 용융 온도에 근접하여야 하나 그 미만이어야 한다. 당업자는 사용되는 물질에 따라 어떤 인자가 고려되어야 하는지 알고 있다.
본 발명은 또한 상기 복합 재료의 제조 방법에 의해 수득될 수 있는 복합 재료를 제공한다.
본 발명의 복합 재료는 예를 들어 열 및/또는 전기 전도성 제품에 사용될 수 있다. 본 발명의 복합 재료의 예시적 용도는 배터리, 축전기, 페인트, 다른 코팅 또는 촉매에서의 용도이다. 당업자는 기재된 복합 재료가 사용될 수 있는 추가의 용도를 알고 있다.
도 1: 그래핀 (양전하) 및 알칼리 금속 (예를 들어 리튬 이온)이 비양성자성 유기 용매 (예를 들어 THF)에 용해된 채로 존재하는 본 발명의 정제된 그래핀 용액의 예시적인 다이아그램.
도 2. 흑연:알칼리 금속 비의 함수로서 그래핀 층의 수. 알칼리 금속 1 mol 당 흑연 20 g 미만의 비로 그래핀 층이 본 발명의 그래핀 용액에서 수득될 수 있음은 도면으로부터 분명해짐.
실시예
실시예 1
물 및 산소 민감성 때문에, 실험은 가능한 한 불활성 분위기에서 수행된다는 것이 중요하다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어 불활성 가스, 예를 들어 질소 또는 산소로 채워진 글러브박스가 적합하다.
단계 1: 환원제의 제조
환원제는, 둥근-바닥 플라스크 내 무수 THF 100 ml 중 나프탈렌 (3 mmol) 384 mg을 교반 하에 용해시킨 다음 그 용액에 금속성 리튬을 약간의 화학량론적 초과량 (대략 30 mg)으로 첨가함으로써 제조하였다. 알칼리 금속의 용해를 촉진하기 위해, 알칼리 금속은 매우 작은 단편으로 공급하여야 한다. 이어서, 혼합물을 약 2 내지 3시간 동안 환류 하에 THF의 비점 (66℃)으로 가열하였다. 이 시간 동안, 알칼리 금속은 나프탈렌/THF 용액 중에 용해되고 (알칼리 금속 입자의 크기 감소에 의해 가시화됨), 혼합물은 짙은 녹색이 되었다 (Li-나프탈렌 복합체의 전형적인 경우임). 환원제를 냉각시키고, 추가로 사용하였다.
단계 2: 흑연 재료의 용해
흑연 200 mg을 단계 1에서 제조한 환원제에 첨가하였다. 박리 및 용해 단계를 촉진하기 위해, 매우 미세하게 분쇄된 흑연을 사용하여야 한다. 이어서, 흑연/환원제 현탁액을 약 30분 동안 교반하였다. 이 단계 동안, 짙은 녹색 용액이 갈색-흑색이 되고, Li-나프탈렌 복합체가 전환되었다. 이 단계 후에, 현탁액은 안정하였다. 어떠한 침전물도 관찰되지 않았다.
단계 3: 그래핀-리튬 염의 제조
그래핀-리튬 염 고체는 THF 용매를 회전식 증발기 또는 사용가능한 다른 공지의 방법에 의해 증발시킴으로써 정제할 수 있다. 생성된 고체를 불활성 분위기 하에서 극성 비양성자성 유기 용매, 예를 들어 THF, DMF, DMSO, DME 또는 다른 글리콜 에테르 중에 용해시키고, 의도된 목적에 사용하였다.
실시예 2
알루미늄 분말 (300 메쉬) 10 g을 실시예 1의 단계 2에서 제조한 THF/Li-그래핀 용액에 첨가하고, 교반에 의해 균질화하였다. 이후, 이 용액을 산소에 노출시키고 소결하여 2％ 그래핀/Al 복합 재료를 수득할 수 있었다. 그래핀은 복합 재료 중에 미세한 분포로 존재하였다.

Claims (10)

  1. 흑연을 극성 유기 용매 중에서 알칼리 금속 염으로 환원시킴으로써 그래핀 용액을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하기 화학식의 알칼리 금속 염을 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법:
    A+ B-
    상기 식에서, A+는 알칼리 금속 이온, 특히 리튬 또는 나트륨의 양이온이고,
    B-는 다중방향족 화합물의 음이온인 것을 특징으로 한다.
  3. 극성 유기 용매 중에 용해된 그래핀, 다중방향족 화합물 및 알칼리 금속이 존재하는 그래핀 용액.
  4. 제1항 또는 제2항에 따른 방법에 의해 제조된 그래핀 용액.
  5. 제3항 또는 제4항에 따른 그래핀 용액의 극성 유기 용매를 증발시킴으로써 그래핀 알칼리 금속 염을 제조하는 방법.
  6. 제5항에 따른 방법에 의해 제조된 그래핀 알칼리 금속 염.
  7. 제6항에 따른 그래핀 알칼리 금속 염을 비양성자성 유기 용매 중에 용해시키는 것을 특징으로 하는, 정제된 그래핀 용액을 제조하는 방법.
  8. 제7항에 따른 방법에 의해 제조된 정제된 그래핀 용액.
  9. 제3항 및/또는 제4항에 따른 그래핀 용액 및/또는 제8항에 따른 정제된 그래핀 용액에 추가의 물질을 첨가한 다음, 복합 재료를 제공하기 위한 제조 공정에 의해 상기 용액을 추가로 처리하는, 복합 재료를 제조하는 방법.
  10. 제9항에 따른 방법에 의해 제조된 복합 재료.
KR1020127012193A 2009-11-12 2010-11-08 그래핀 용액, 그래핀 알칼리 금속 염, 및 그래핀 복합 재료의 제조 방법 KR20120095907A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009052933A DE102009052933A1 (de) 2009-11-12 2009-11-12 Verfahren zur Herstellung von Graphen-Lösungen, Graphen-Alkalimetallsalzen und Graphen-Verbundmaterialien
DE102009052933.0 2009-11-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120095907A true KR20120095907A (ko) 2012-08-29

Family

ID=43567723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127012193A KR20120095907A (ko) 2009-11-12 2010-11-08 그래핀 용액, 그래핀 알칼리 금속 염, 및 그래핀 복합 재료의 제조 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20120256121A1 (ko)
EP (1) EP2499095A1 (ko)
JP (1) JP2013510787A (ko)
KR (1) KR20120095907A (ko)
CN (1) CN102656114A (ko)
DE (1) DE102009052933A1 (ko)
TW (1) TW201134758A (ko)
WO (1) WO2011057985A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014069716A1 (ko) * 2012-11-01 2014-05-08 주식회사 포스코 금속 표면처리용 조성물의 제조방법, 이를 이용한 표면처리강판 및 이의 제조방법
KR20140144148A (ko) * 2013-06-10 2014-12-18 주식회사 동진쎄미켐 그래핀 박리용 분산 안정제, 이를 포함하는 그래핀-알칼리 금속염 복합체, 및 이를 이용한 그래핀의 제조방법

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201110937D0 (en) * 2011-06-27 2011-08-10 Ucl Business Plc Dispersion method
CN103183331B (zh) * 2011-12-28 2016-01-20 清华大学 石墨烯的制备方法
CN103359721B (zh) * 2012-04-05 2015-03-11 清华大学 石墨烯纳米窄带的制备方法
AU2014227565B2 (en) 2013-03-15 2017-02-02 West Virginia University Research Corporation Process for pure carbon production, compositions, and methods thereof
US20160280545A1 (en) * 2013-11-14 2016-09-29 Imperial Innovations Limited Preparation of functionalised carbon nanomaterials
JP6283508B2 (ja) * 2013-11-29 2018-02-21 積水化学工業株式会社 薄片化黒鉛分散液及び薄片化黒鉛の製造方法
CA2964478A1 (en) 2014-10-21 2016-04-28 West Virginia University Research Corporation Methods and apparatuses for production of carbon, carbide electrodes, and carbon compositions
CN108698831B (zh) * 2016-02-15 2022-06-03 国立大学法人东京工业大学 含sp2型碳的组合物、含石墨烯量子点的组合物和它们的制造方法、以及石墨的剥离方法
JP2019519451A (ja) 2016-04-20 2019-07-11 ウエスト バージニア ユニバーシティ リサーチ コーポレーション ナノオーダー構造体カーバイド化合物を用いたカーバイドのカーボン化反応のための方法、装置、及び電極
WO2017209039A1 (ja) 2016-05-31 2017-12-07 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター 多層グラフェン分散液、熱物性測定用黒化剤および粉末焼結用離型剤・潤滑剤
EP3403994A1 (en) * 2017-05-18 2018-11-21 Centre National De La Recherche Scientifique Graphene-supported metal and/or metal oxide nanoparticle composites, method for making same and uses thereof
CN107715283A (zh) * 2017-09-14 2018-02-23 江门大诚医疗器械有限公司 石墨烯极性碎片溶液、石墨烯织物及阴道填塞器
CN107686719B (zh) * 2017-09-20 2020-07-24 中国科学院青海盐湖研究所 高导热水合盐相变材料及其制备方法
CN109721051B (zh) * 2019-02-28 2022-03-04 深圳市聚荣科技有限公司 一种石墨烯溶液纯化除杂设备
CN117383549B (zh) * 2023-02-19 2024-04-26 烯源科技无锡有限公司 一种物理方法制备的低缺陷纳米级石墨烯方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4895713A (en) 1987-08-31 1990-01-23 Union Carbide Corporation Intercalation of graphite
AT392760B (de) * 1989-05-26 1991-06-10 Plansee Metallwerk Verbundkoerper aus graphit und hochschmelzendem metall
FR2864454B1 (fr) * 2003-12-30 2006-02-03 Centre Nat Rech Scient Procede de dissolution de nanotubes de carbone et ses applications
WO2008097343A2 (en) * 2006-08-08 2008-08-14 William Marsh Rice University Functionalized graphene materials and method of production thereof
FR2919856B1 (fr) * 2007-08-09 2010-03-12 Centre Nat Rech Scient Solutions de graphene
CN101474899A (zh) * 2009-01-16 2009-07-08 南开大学 石墨烯-无机材料复合多层薄膜及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014069716A1 (ko) * 2012-11-01 2014-05-08 주식회사 포스코 금속 표면처리용 조성물의 제조방법, 이를 이용한 표면처리강판 및 이의 제조방법
KR20140144148A (ko) * 2013-06-10 2014-12-18 주식회사 동진쎄미켐 그래핀 박리용 분산 안정제, 이를 포함하는 그래핀-알칼리 금속염 복합체, 및 이를 이용한 그래핀의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN102656114A (zh) 2012-09-05
EP2499095A1 (de) 2012-09-19
WO2011057985A1 (de) 2011-05-19
JP2013510787A (ja) 2013-03-28
TW201134758A (en) 2011-10-16
DE102009052933A1 (de) 2011-05-19
US20120256121A1 (en) 2012-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120095907A (ko) 그래핀 용액, 그래핀 알칼리 금속 염, 및 그래핀 복합 재료의 제조 방법
Wang et al. Phthalocyanine‐based 2D conjugated metal‐organic framework nanosheets for high‐performance micro‐supercapacitors
Yang et al. New‐generation graphene from electrochemical approaches: production and applications
Paredes et al. Environmentally friendly approaches toward the mass production of processable graphene from graphite oxide
US9114999B2 (en) Oxidized graphite and carbon fiber
JP7308147B2 (ja) Ｌｇｐｓ系固体電解質の製造方法
US9120675B2 (en) Graphene solutions
Zhang et al. Solid phase exfoliation for producing dispersible transition metal dichalcogenides nanosheets
Baek et al. Preparation of conductive carbon films from polyacrylonitrile/graphene oxide composite films by thermal treatment
Souri et al. A facile method for transparent carbon nanosheets heater based on polyimide
US20190080814A1 (en) Method for manufacturing ionic conductor
Du et al. Microwave-assisted ionothermal synthesis of SnSe x nanodots: a facile precursor approach towards SnSe 2 nanodots/graphene nanocomposites
Yang et al. One step synthesis of a hybrid Ag/rGO conductive ink using a complexation–covalent bonding based approach
Zhang et al. High-quality and low-cost three-dimensional graphene from graphite flakes via carbocation-induced interlayer oxygen release
Liu et al. Flower-like hierarchical porous nitrogen-doped carbon spheres from a facile one-step carbonization method for supercapacitors
JP2016026984A (ja) グラファイト膜の製造方法
JP4884285B2 (ja) フッ素置換多環芳香族炭化水素、及びその自己組織化により形成されるナノ構造体
JP7119753B2 (ja) Ｌｇｐｓ系固体電解質の製造方法
Qin et al. Fast and cost-effective room temperature synthesis of high quality graphene oxide with excellent structural intactness
JP2013527880A (ja) 湿式工程を用いたアルミニウム電極の製造方法及びそれによって製造されるアルミニウム電極
KR101992466B1 (ko) 삼성분계 흑연 층간삽입 화합물을 이용한 그래핀의 제조 방법
Zheng et al. Facile Fabrication of Hollow Nanoporous Carbon Architectures by Controlling MOF Crystalline Inhomogeneity for Ultra‐Stable Na‐Ion Storage
WO2020129427A1 (ja) グラファイトの薄板状構造物の製造方法、並びに、薄片化グラファイトおよびその製造方法
JP2009299061A (ja) ポリオキサジアゾールポリマー複合材料の製造方法、ポリオキサジアゾールポリマー複合材料、並びにポリオキサジアゾールポリマー複合材料の使用部品
Lytle et al. Carbon Ductwork with Nanometric Walls and Micron-to-Submicron Inner Diameters

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid