RU2530084C2 - Method of production of graphene structures - Google Patents

Method of production of graphene structures Download PDF

Info

Publication number
RU2530084C2
RU2530084C2 RU2013103810/05A RU2013103810A RU2530084C2 RU 2530084 C2 RU2530084 C2 RU 2530084C2 RU 2013103810/05 A RU2013103810/05 A RU 2013103810/05A RU 2013103810 A RU2013103810 A RU 2013103810A RU 2530084 C2 RU2530084 C2 RU 2530084C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
graphene
powder
trigon
powders
aluminum
Prior art date
Application number
RU2013103810/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013103810A (en
Inventor
Ширин Латиф оглы Гусейнов
Станислав Георгиевич Федоров
Александр Юрьевич Тузов
Павел Аркадьевич Стороженко
Александр Иванович Драчев
Александр Вадимович Кисин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП "ГНИИХТЭОС")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП "ГНИИХТЭОС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП "ГНИИХТЭОС")
Priority to RU2013103810/05A priority Critical patent/RU2530084C2/en
Publication of RU2013103810A publication Critical patent/RU2013103810A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2530084C2 publication Critical patent/RU2530084C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: nanotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to nanotechnology. The graphene structures in the form of flat carbon particles with the surface of up to 5 mm2 are obtained by burning in air atmosphere or inert gas of composite press material produced from micro- and nanodisperse powders of active metals such as aluminium, titanium, zirconium, nanodisperse powders of silicon or aluminium borides taken in an amount of 10-35 wt %, and fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene or a copolymer of tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride, taken in amount of 90-65 wt %.
EFFECT: increased yield of graphene.
3 tbl, 4 dwg, 5 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к технологии получения графена, находящего свое применение в различных областях промышленности.The present invention relates to a technology for producing graphene, which is used in various fields of industry.

Из научной и патентной литературы известно много различных способов получения графена.From the scientific and patent literature there are many different methods for producing graphene.

Существует способ получения графена механическим отшелушиванием, в котором с помощью липкой ленты от графита отрывают слой графена, при этом получают сравнительно большие образцы графена размером ~10 мкм, пригодные для электрических и оптических измерений. После отшелушивания скотч с тонкими пленками графита и графена прижимают к подложке окисленного кремния. Таким способом трудно получить пленку определенного размера и формы в фиксированных частях подложки (горизонтальные размеры пленок составляют обычно около 10 мкм) (Novoselov К.S. et al. «Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films», Science v.306, p.666, 2004; Bunch J. S. et. al. "Electromechanical Resonators from Graphene Sheets". Science, v. 315, p.490, 2007).There is a method for producing graphene by mechanical exfoliation, in which a layer of graphene is torn off of graphite using an adhesive tape, and relatively large graphene samples of ~ 10 μm in size are obtained, suitable for electrical and optical measurements. After exfoliation, adhesive tape with thin films of graphite and graphene is pressed onto an oxidized silicon substrate. In this way, it is difficult to obtain a film of a certain size and shape in fixed parts of the substrate (the horizontal dimensions of the films are usually about 10 μm) (Novoselov, K. S. et al. "Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films", Science v.306, p. 666, 2004; Bunch JS et. Al. "Electromechanical Resonators from Graphene Sheets". Science, v. 315, p. 490, 2007).

Описан способ получения графена, заключающийся в том, что окисленную подложку кремния покрывают эпоксидным клеем (использовался слой клея толщиной ~10 мкм) и тонкую пластинку графита прижимают к клею при помощи пресса. После удаления графитовой пластинки с помощью липкой ленты на поверхности остаются области с графеном и графитом (Rollings Е. et. al. «Synthesis and characterization of atomically thin graphite films on a silicon carbide substrate» J. Phys. Chem. Solids, v. 67, p.2172, 2006; Hass J. et. al. Highly ordered graphene for two dimensional electronics Appl. Phys. Lett. v.89, p.143106, 2006).A method for producing graphene is described, consisting in the fact that the oxidized silicon substrate is coated with epoxy glue (a ~ 10 μm thick adhesive layer was used) and a thin plate of graphite is pressed onto the glue using a press. After removal of the graphite plate using adhesive tape, regions with graphene and graphite remain on the surface (Rollings E. et. Al. "Synthesis and characterization of atomically thin graphite films on a silicon carbide substrate" J. Phys. Chem. Solids, v. 67 , p. 2172, 2006; Hass J. et. al. Highly ordered graphene for two dimensional electronics Appl. Phys. Lett. v. 89, p. 143 106, 2006).

Американским патентом №8,287,699 (МПК B01J 19/10, 2012 г.) защищен способ получения нанографеновых материалов путем диспергирования в жидкой среде графитового материала с последующей обработкой суспензии ультразвуком высокой интенсивности и продолжительности, при этом образуются пластиночки графена.US patent No. 8,287,699 (IPC B01J 19/10, 2012) protects a method for producing nanographenic materials by dispersing graphite material in a liquid medium, followed by processing the suspension with ultrasound of high intensity and duration, and graphene plates are formed.

В статье (Novoselov К.S. et al. «Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene», Nature v.438, p.197, 2005) описывается метод печати графеновых электрических схем. Процесс печати состоит из последовательного переноса с подложки Si/SiO2 золотых контактов, графена и, наконец, диэлектрика полиметилметакрилат (РММА) с металлическим затвором на прозрачную подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), предварительно нагретую выше температуры его размягчения до 170°C, благодаря чему контакты, вдавливаются в ПЭТФ, а графен приобретает хороший контакт с материалом подложки. Этот метод пригоден для нанесения графена на любую подложку, пригодную, в частности, для оптических измерений.The article (Novoselov K.S. et al. "Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene", Nature v.438, p.197, 2005) describes a method for printing graphene electrical circuits. The printing process consists of sequential transfer of gold contacts, graphene and, finally, a polymethyl methacrylate (PMMA) dielectric with a metal shutter from a Si / SiO 2 substrate onto a transparent substrate made of polyethylene terephthalate (PET), which is previously heated above its softening temperature to 170 ° C, so contacts are pressed into PET, and graphene gains good contact with the substrate material. This method is suitable for applying graphene to any substrate suitable, in particular, for optical measurements.

В работах (Zhang Y. et. al. «Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry′s phase in graphene» Nature, v. 438, p.201, 2005; Sandip Niyogi, Elena Bekyarova et al. «Solution Properties of Graphite and Graphene» J. Am. Chem. Soc.; 2006; 128(24) pp 7720; (Communication); Bunch J.S. et al. «Coulomb Oscillations and Hall Effect in Quasi-2D Graphite Quantum Dots» Nano Lett. 5, 287, 2005) описываются химические методы получения графена, которые отличаются большим процентом выхода материала, но малыми размерами пленок ~10-100 нм. Микрокристаллы графита подвергаются действию смеси серной и соляной кислот. Графит окисляется, и на краях образца появляются карбоксильные группы графена. Их превращают в хлориды при помощи тионилхлорида. Затем под действием октадециламина в растворах тетрагидрофурана, тетрахлорметана и дихлорэтана они переходят в графеновые слои толщиной 0,54 нм. Известен радиочастотный плазмохимический способ осаждения графена из газовой фазы (Wang J.J. et. al. «Free-standing subnanometer graphite sheets» Appl. Phys. Lett, v.85, p.1265 (2004) и способ выращивая пленок графена при высоком давлении и температуре (Parvizi F., et. al. «Graphene Synthesis via the High Pressure - High Temperature Growth Process" Micro Nano Lett., v.3, p.29, 2008).In (Zhang Y. et. Al. "Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene" Nature, v. 438, p.201, 2005; Sandip Niyogi, Elena Bekyarova et al. "Solution Properties of Graphite and Graphene "J. Am. Chem. Soc .; 2006; 128 (24) pp 7720; (Communication); Bunch JS et al." Coulomb Oscillations and Hall Effect in Quasi-2D Graphite Quantum Dots "Nano Lett. 5, 287, 2005) describes chemical methods for producing graphene, which are distinguished by a large percentage of material yield, but small film sizes of ~ 10-100 nm. Microcrystals of graphite are exposed to a mixture of sulfuric and hydrochloric acids. Graphite is oxidized, and carboxyl groups of graphene appear at the edges of the sample. They are converted to chlorides with thionyl chloride. Then, under the influence of octadecylamine in solutions of tetrahydrofuran, tetrachloromethane and dichloroethane, they pass into graphene layers with a thickness of 0.54 nm. A known radio-frequency plasma-chemical method for the deposition of graphene from the gas phase (Wang JJ et. Al. "Free-standing subnanometer graphite sheets" Appl. Phys. Lett, v. 85, p. 1265 (2004) and a method for growing graphene films at high pressure and temperature (Parvizi F., et. Al. "Graphene Synthesis via the High Pressure - High Temperature Growth Process" Micro Nano Lett., V.3, p.29, 2008).

В патентах (US №2012/0082787, МПК B05D 3/02, C23C 16/28, 2012 г. и US №8,227,069, МПК B32B 3/00, B32B 5/00, 2012 г.) описано получение графена выращиванием на подложках из карбида кремния SiC. Графитовая пленка формируется при термическом разложении поверхности подложки SiC при температуре до 1350°C в вакууме 1-10-4 мм рт.ст. или в токе инертного газа.The patents (US No. 2012/0082787, IPC B05D 3/02, C23C 16/28, 2012 and US No. 8.227.069, IPC B32B 3/00, B32B 5/00, 2012) describe the production of graphene by growing on substrates from silicon carbide SiC. A graphite film is formed by thermal decomposition of the surface of a SiC substrate at temperatures up to 1350 ° C in a vacuum of 1-10 -4 mm Hg. or in a stream of inert gas.

Как следует из анализа научной литературы и патентных данных описанные способы получения графена технологически довольно сложны, отличаются высокой трудоемкостью, при этом площадь образующихся частиц графена мала и измеряется квадратными микронами.As follows from an analysis of the scientific literature and patent data, the described methods for producing graphene are technologically quite complex, highly labor intensive, and the area of graphene particles formed is small and is measured by square microns.

Задача предлагаемого изобретения - разработка нового способа получения графеновых структур, обеспечивающего образование графеновых частиц с поверхностью до 5 мм2, большим выходом и позволяющего нарабатывать графен в значительных количествах (до 50 г/день на установке с объемом шкафа-реактора 10 л).The objective of the invention is the development of a new method for producing graphene structures, providing the formation of graphene particles with a surface of up to 5 mm 2 , a large yield and allowing to produce graphene in significant quantities (up to 50 g / day in a plant with a reactor reactor volume of 10 l).

Поставленная задача решена тем, что разработан новый способ получения графеновых структур в виде плоских углеродных частиц с поверхностью до 5 мм2, заключающийся в том, что графен получают сжиганием композитного пресс-материала, полученного из порошков фторполимеров, таких как политетрафторэтилен и сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, и микро- и нанодисперсных порошков активных металлов, таких как алюминий, титан, цирконий, нанодисперсных порошков кремния и боридов алюминия при соотношении металл : фторполимер = 10-35 : 90-65%.The problem is solved in that a new method for producing graphene structures in the form of flat carbon particles with a surface of up to 5 mm 2 has been developed, which consists in the fact that graphene is obtained by burning a composite press material obtained from fluoropolymer powders such as polytetrafluoroethylene and a copolymer of tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride and micro- and nanodispersed powders of active metals such as aluminum, titanium, zirconium, nanodispersed powders of silicon and aluminum borides with a ratio of metal: fluoropolymer = 10-35: 90-65%.

В ходе проведения научно-исследовательских работ было установлено, что при взаимодействии нанодисперсного порошка алюминия с фторопластами наряду с трифторидом алюминия образуются плоские хлопья углерода с поверхностью до 5 мм2.In the course of scientific research it was found that the interaction of nanodispersed aluminum powder with fluoroplasts along with aluminum trifluoride forms flat carbon flakes with a surface of up to 5 mm 2 .

4Al+3(-C2F4-)n→6C+4AlF3, ΔH0=-3612,76 кДж4Al + 3 (-C 2 F 4 -) n → 6C + 4AlF 3 , ΔH 0 = -3612.76 kJ

При поджигании порошкообразной стехиометрической смеси нанодисперсного алюминия и сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида пламенем газовой горелки происходит мгновенное воспламенение и сгорание смеси, сопровождаемое звуком хлопка и образованием дыма с мелкими частицами углерода.When a powdery stoichiometric mixture of nanodispersed aluminum and a copolymer of tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride is ignited by a gas burner flame, the mixture ignites and burns immediately, accompanied by the sound of cotton and the formation of smoke with small particles of carbon.

При поджигании прессованного композита газовой горелкой с поддувом воздуха (температура пламени около 900-1000°C) через две-три секунды начинается бурное горение со сгоранием образца в течение 2-4 с. При этом образуется большое количество плоских крупных хлопьевидных частиц сажи, которые легко агломерируются. Кроме того, наблюдается и образование нитевидных и вытянутых воронкообразных образований сажи длиной до 5 мм.When the pressed composite is ignited by a gas burner with air injection (flame temperature of about 900-1000 ° C), violent combustion begins with two to three seconds with the combustion of the sample for 2-4 s. In this case, a large number of flat large flocculent soot particles are formed, which are easily agglomerated. In addition, the formation of filamentary and elongated funnel-shaped soot formations up to 5 mm long is also observed.

Подобно протекает эта реакция в атмосфере аргона при поджигании прессованного композита раскаленной нихромовой проволокой с образованием таких же плоских частиц.This reaction proceeds similarly in an argon atmosphere when a pressed composite is ignited by a hot nichrome wire with the formation of the same flat particles.

Исследование плоских углеродных частиц методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии показало, что они состоят из двухмерных структур, свойственных для графена (гексагональная кристаллическая фаза, максимум на рентгенограмме при 2Θ=20,61°).The study of flat carbon particles by scanning electron microscopy and X-ray diffractometry showed that they consist of two-dimensional structures characteristic of graphene (hexagonal crystalline phase, maximum in the X-ray diffraction pattern at 2Θ = 20.61 °).

Аналогичные образования графена получаются при взаимодействии композитных материалов на основе микронных и наноразмерных порошков активных металлов, таких как алюминий, титан, цирконий, наноразмерных порошков кремния и боридов алюминия и фторполимеров, таких как политетрафторэтилен и сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида.Similar graphene formations are obtained by the interaction of composite materials based on micron and nanoscale powders of active metals, such as aluminum, titanium, zirconium, nanoscale powders of silicon and aluminum borides and fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene and a copolymer of tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride.

Композиты получают смешением порошков металлов и фторполимеров при соотношении металл : фторполимер = 10-35 : 90-65% с последующим прессованием смеси в форме при давлении 150-180 кг/см2 и температуре 150-190°C. Для повышения эффективности контакта реагентов в композитных материалах смеси готовят смешением компонентов в планетарной мельнице. В случае растворимых в растворителях фторполимеров композитный материал готовят путем смешения порошка металла с раствором фторполимера при интенсивном перемешивании с последующим испарением растворителя и измельчением остатка.Composites are prepared by mixing powders of metals and fluoropolymers at a ratio of metal: fluoropolymer = 10-35: 90-65%, followed by pressing the mixture into a mold at a pressure of 150-180 kg / cm 2 and a temperature of 150-190 ° C. To increase the contact efficiency of the reagents in composite materials, mixtures are prepared by mixing the components in a planetary mill. In the case of solvent-soluble fluoropolymers, a composite material is prepared by mixing the metal powder with a fluoropolymer solution with vigorous stirring, followed by evaporation of the solvent and grinding of the residue.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

В реактор загружают 2,9 г порошка нанодисперсного алюминия (средний диаметр частиц 200 нм) и раствор 9,5 г фторопласта Ф-42 В (н-А/ФП) в 150 мл ацетона, смесь интенсивно перемешивают, при этом получают суспензию, которую выливают в кристаллизатор, высота слоя суспензии составляет 6-8 мм. После чего испаряют ацетон и получают пленку композита толщиной 0,5-2 мм, которую измельчают до порошкообразного состояния, просеивают через сито с размером ячеек 0.25 мм. Просеянный порошок помещают в пресс-форму и нагревают при температуре 160-165°C в течение 30 минут, после чего нагретый порошок прессуют при давлении 150 кг/см2. Получают таблетку диаметром 40 мм и толщиной 5 мм, которую помещают на подставку в герметичный бокс и поджигают пламенем газовой горелки с поддувом воздуха. Продолжительность горения таблетки составляет не более 2 секунд, в результате чего образуется облако углеродных частиц. Частицы оседают на поддоне, из которого их переносят в контейнер. Из 5 г прессованного композита получено 0,5 г углеродных частиц с графеновой структурой (56,8% от теории).2.9 g of nanodispersed aluminum powder (average particle diameter 200 nm) and a solution of 9.5 g of fluoroplastic F-42 B (n-A / FP) in 150 ml of acetone are loaded into the reactor, the mixture is intensively mixed, and a suspension is obtained, which poured into the mold, the height of the suspension layer is 6-8 mm Then acetone is evaporated and a composite film 0.5–2 mm thick is obtained, which is ground to a powder state, sieved through a sieve with a mesh size of 0.25 mm. The sifted powder is placed in the mold and heated at a temperature of 160-165 ° C for 30 minutes, after which the heated powder is pressed at a pressure of 150 kg / cm 2 . Get a tablet with a diameter of 40 mm and a thickness of 5 mm, which is placed on a stand in a sealed box and set on fire with a gas burner flame with air blowing. The burning time of the tablet is no more than 2 seconds, resulting in a cloud of carbon particles. Particles settle on a pallet from which they are transferred to a container. 0.5 g of carbon particles with a graphene structure were obtained from 5 g of the pressed composite (56.8% of theory).

Пример 2Example 2

3,0 г порошка алюминия марки АСД-4 (средний размер частиц 3-5 мкм) и 9,5 г порошка фторопласта Ф-42 В перемешивают на планетарной мельнице. Часть полученного порошка помещают в пресс-форму и нагревают при температуре 160-165°C течение 30 минут, после чего нагретый порошок прессуют при давлении 150 кг/см2. Получают таблетку диаметром 40 мм и толщиной 5 мм. Таблетку обматывают нихромовой проволокой, концы которой подводят к источнику электротока, затем помещают на подставку в шкаф с герметично закрывающейся дверью, который продувают аргоном, на проволоку подают напряжение, при этом таблетка вспыхивает и загорается. В результате горения таблетки, продолжительность которого составляет не более 1 секунды, образуется облако углеродных частиц. Частицы оседают на поддоне, из которого их переносят в контейнер. Из 5 г прессованного композита получено 0,45 г углеродных частиц с графеновой структурой (54,8% от теории).3.0 g of aluminum powder grade ASD-4 (average particle size of 3-5 microns) and 9.5 g of fluoroplastic powder F-42 B are mixed in a planetary mill. Part of the obtained powder is placed in the mold and heated at a temperature of 160-165 ° C for 30 minutes, after which the heated powder is pressed at a pressure of 150 kg / cm 2 . Get a tablet with a diameter of 40 mm and a thickness of 5 mm. The tablet is wrapped with nichrome wire, the ends of which are connected to an electric current source, then placed on a stand in a cabinet with a hermetically sealed door, which is purged with argon, voltage is applied to the wire, and the tablet flashes and lights up. As a result of burning a tablet, the duration of which is no more than 1 second, a cloud of carbon particles is formed. Particles settle on a pallet from which they are transferred to a container. From 5 g of the pressed composite 0.45 g of carbon particles with a graphene structure were obtained (54.8% of theory).

Пример 3Example 3

В реактор загружают 3,0 г наноразмерного порошка кремния (средний размер частиц 35 нм) и раствор 12,0 г фторопласта Ф-42 B в 150 мл ацетона, смесь интенсивно перемешивают, при этом получают суспензию, которую выливают в кристаллизатор, высота слоя суспензии составляет 6-8 мм. После чего испаряют ацетон и получают пленку композита толщиной 0,5-2 мм, которую измельчают до порошкообразного состояния, просеивают через сито с размером ячеек 0,25 мм. Просеянный порошок помещают в пресс-форму и нагревают при температуре 160-165°C в течение 30 минут, после чего нагретый порошок прессуют при давлении 150 кг/см2. Получают таблетку диаметром 40 мм и толщиной 5 мм, которую помещают на подставку в бокс и поджигают пламенем газовой горелки с поддувом воздуха. Продолжительность горения таблетки составляет не более 3 секунд, в результате чего образуется облако углеродных частиц. Частицы оседают на поддоне, из которого их переносят в контейнер. Из 5 г прессованного композита получено 0,40 г углеродных частиц с графеновой структурой (45,9% от теории).3.0 g of nanosized silicon powder (average particle size 35 nm) and a solution of 12.0 g of fluoroplastic F-42 B in 150 ml of acetone are loaded into the reactor, the mixture is intensively mixed, and a suspension is obtained, which is poured into the crystallizer, the height of the suspension layer is 6-8 mm. After that, acetone is evaporated and a composite film with a thickness of 0.5-2 mm is obtained, which is ground to a powder state, sieved through a sieve with a mesh size of 0.25 mm. The sifted powder is placed in the mold and heated at a temperature of 160-165 ° C for 30 minutes, after which the heated powder is pressed at a pressure of 150 kg / cm 2 . Get a tablet with a diameter of 40 mm and a thickness of 5 mm, which is placed on a stand in a box and set on fire with a gas burner flame with air blowing. The burning time of the tablet is no more than 3 seconds, resulting in a cloud of carbon particles. Particles settle on a pallet from which they are transferred to a container. From 5 g of the pressed composite 0.40 g of carbon particles with a graphene structure were obtained (45.9% of theory).

Пример 4Example 4

В реактор загружают 6,6 г наноразмерного порошка титана (средний размер частиц 40 нм) и раствор 13,4 г фторопласта Ф-42 B в 150 мл ацетона, смесь интенсивно перемешивают, при этом получают суспензию, которую выливают в кристаллизатор, высота слоя суспензии составляет 6-8 мм. После чего испаряют ацетон и получают пленку композита толщиной 0,5-2 мм, которую измельчают до порошкообразного состояния, просеивают через сито с размером ячеек 0,25 мм. Просеянный порошок помещают в пресс-форму и нагревают при температуре 160-165°C в течение 30 минут, после чего нагретый порошок прессуют при давлении 150 кг/см2. Получают таблетку диаметром 40 мм и толщиной 5 мм, которую помещают на подставку в бокс и поджигают пламенем газовой горелки с поддувом воздуха. Продолжительность горения таблетки составляет не более 3 секунд, в результате чего образуется облако углеродных частиц. Частицы оседают на поддоне, из которого их переносят в контейнер. Из 5 г прессованного композита получено 0,40 г углеродных частиц с графеновой структурой.6.6 g of titanium nanosized powder (average particle size 40 nm) and a solution of 13.4 g of F-42 B fluoroplastic in 150 ml of acetone are loaded into the reactor, the mixture is intensively mixed, and a suspension is obtained, which is poured into the crystallizer, the height of the suspension layer is 6-8 mm. After that, acetone is evaporated and a composite film with a thickness of 0.5-2 mm is obtained, which is ground to a powder state, sieved through a sieve with a mesh size of 0.25 mm. The sifted powder is placed in the mold and heated at a temperature of 160-165 ° C for 30 minutes, after which the heated powder is pressed at a pressure of 150 kg / cm 2 . Get a tablet with a diameter of 40 mm and a thickness of 5 mm, which is placed on a stand in a box and set on fire with a gas burner flame with air blowing. The burning time of the tablet is no more than 3 seconds, resulting in a cloud of carbon particles. Particles settle on a pallet from which they are transferred to a container. From 5 g of the pressed composite, 0.40 g of carbon particles with a graphene structure were obtained.

Пример 5Example 5

3,75 г наноразмерного порошка борида алюминия (средний размер частиц 140 нм) и 11,25 г порошка фторопласта Ф-42 В перемешивают на планетарной мельнице. Часть полученного порошка помещают в пресс-форму и нагревают при температуре 160-165°C в течение 30 минут, после чего нагретый порошок прессуют при давлении 150 кг/см2. Получают таблетку диаметром 40 мм и толщиной 5 мм. Таблетку обматывают нихромовой проволокой, концы которой подводят к источнику электротока, затем помещают на подставку в шкаф с герметично закрывающейся дверью, который продувают аргоном, на проволоку подают напряжение, при этом таблетка вспыхивает и загорается. В результате горения таблетки, продолжительность которого составляет не более 1 секунды, образуется облако углеродных частиц. Частицы оседают на поддоне, из которого их переносят в контейнер. Из 5 г прессованного композита получено 0,55 г углеродных частиц с графеновой структурой.3.75 g of nanosized aluminum boride powder (average particle size 140 nm) and 11.25 g of F-42 B fluoroplastic powder are mixed in a planetary mill. Part of the obtained powder is placed in the mold and heated at a temperature of 160-165 ° C for 30 minutes, after which the heated powder is pressed at a pressure of 150 kg / cm 2 . Get a tablet with a diameter of 40 mm and a thickness of 5 mm. The tablet is wrapped with nichrome wire, the ends of which are connected to an electric current source, then placed on a stand in a cabinet with a hermetically sealed door, which is purged with argon, voltage is applied to the wire, and the tablet flashes and lights up. As a result of burning a tablet, the duration of which is no more than 1 second, a cloud of carbon particles is formed. Particles settle on a pallet from which they are transferred to a container. From 5 g of the pressed composite 0.55 g of carbon particles with a graphene structure were obtained.

Другие примеры приведены в таблице. Обозначения в таблице:Other examples are given in the table. Designations in the table:

н-Al - нанодисперсный алюминий (Sуд=8-11 м2/г),n-Al - nanodispersed aluminum (S beats = 8-11 m 2 / g),

АСД-4 - порошок алюминия со сферическими частицами размером 5-8 мкм,ASD-4 - aluminum powder with spherical particles 5-8 microns in size,

н-БА - нано-борид алюминия, полученный совместной плазменной переконденсацией порошков алюминия и бора (Sуд=15-35 м2/г),n-BA - nano-boride aluminum, obtained by the joint plasma recondensation of aluminum and boron powders (S beats = 15-35 m 2 / g),

н-Si - нанодисперсный порошок кремния (Sуд=50-80 м2/г),n-Si - nanosized silicon powder (S beats = 50-80 m 2 / g),

н-Al/н-B-60/40 - механическая смесь нанодисперсных порошков нано-алюминия и нанобора в %-ном соотношении 60/40,n-Al / n-B-60/40 - a mechanical mixture of nanodispersed powders of nano-aluminum and nanoboron in a% ratio of 60/40,

н-Zr - нанодисперсный порошок циркония (Sуд=50-70 м2/г),n-Zr - nanodispersed zirconium powder (S beats = 50-70 m 2 / g),

н-Ti - нанодисперсный порошок титана (Sуд=40-60 м2/г),n-Ti - nanodispersed titanium powder (S beats = 40-60 m 2 / g),

ПТФЭ - порошок полиэтилентетрафторида,PTFE - polyethylene tetrafluoride powder,

ПТФЭ/Ф-42 В 85/15 - механическая смесь порошков ПТФЭ и Ф-42 B в %-ном соотношении 85:15,PTFE / F-42 B 85/15 - a mechanical mixture of PTFE and F-42 B powders in a 85% -15% ratio,

н-Al/н-B 60/40 - механическая смесь порошков наноалюминия и нанобора в %-ном соотношении 60:40.n-Al / n-B 60/40 - a mechanical mixture of powders of nano-aluminum and nanoboron in a% ratio of 60:40.

Таблица 1Table 1 ПримерExample МеталлMetal ФторполимерFluoropolymer Соотношение компонентов, %, Me:ФП*The ratio of components,%, Me: FP * Метод смешенияMixing method Температура прессования, °CPress temperature ° C Атмосфера
сжигания
Atmosphere
burning
1.one. н-Aln-Al Ф-42BF-42b 23,4 : 76,623.4: 76.6 в ацетонеin acetone 160-165160-165 воздухair 2.2. н-Aln-Al Ф-42BF-42b 23,4 : 76,623.4: 76.6 в ацетонеin acetone 160-165160-165 аргонargon 3.3. н-Aln-Al Ф-42BF-42b 23,4 : 76,623.4: 76.6 мельницаmill 160-165160-165 воздухair 4.four. н-Aln-Al Ф-42BF-42b 10,0 : 90,010.0: 90.0 мельницаmill 160-165160-165 аргонargon 5.5. АСД-4ASD-4 Ф-42BF-42b 26,5 : 73,526.5: 73.5 в ацетонеin acetone 165-170165-170 воздухair 6.6. АСД-4ASD-4 Ф-42BF-42b 26,5 : 73,526.5: 73.5 в ацетонеin acetone 165-170165-170 аргонargon 7.7. АСД-4ASD-4 Ф-42BF-42b 26,5 : 73,526.5: 73.5 мельницаmill 165-170165-170 воздухair 8.8. АСД-4ASD-4 ПТФЭ/Ф-42B 85/15PTFE / F-42B 85/15 35,0 : 65,035.0: 65.0 мельницаmill 175-180175-180 аргонargon 9.9. н-БАn-BA Ф-42BF-42b 25,0 : 75,025.0: 75.0 в ацетонеin acetone 165-170165-170 воздухair 10.10. н-Sin-Si Ф-42BF-42b 20,0 : 80,020.0: 80.0 в ацетонеin acetone 165-170165-170 аргонargon 11.eleven. н-Sin-Si Ф-42BF-42b 20,0 : 80,020.0: 80.0 мельницаmill 165-175165-175 воздухair 12.12. н-Sin-Si ПТФЭ/Ф-42B 85/15PTFE / F-42B 85/15 25,0 : 75,025.0: 75.0 мельницаmill 175-180175-180 аргонargon 13.13. н-Al/н-B 60/40n-Al / n-B 60/40 Ф-42BF-42b 25,0 : 75,025.0: 75.0 в ацетонеin acetone 165-170165-170 воздухair 14.fourteen. н-Zrn-Zr Ф-42BF-42b 47 : 5347: 53 в ацетонеin acetone 165-170165-170 воздухair 15.fifteen. н-Tin-Ti Ф-42BF-42b 33 : 6733: 67 в ацетонеin acetone 165-170165-170 воздухair

* - Me - металлы или их смесь, ФП - фторполимеры* - Me - metals or their mixture, FP - fluoropolymers

Структуру полученных частиц изучали с помощью электронной сканирующей микроскопии (СЭМ) и рентгеновской дифрактометрии. На электронных микрофотографиях (рис.1-3) углеродных частиц видно, что они состоят из тонких двумерных структур. Толщина наблюдаемых углеродных плоскостей значительно ниже разрешающей способности использованного нами электронного микроскопа Philips SEM505, оснащенного системой захвата изображения Micro Capture SEM3.0 M, и системой элементного микроанализа EDAX с энергодисперсионным детектором SAPHIRE Si(Li) тип SEM10. Разрешение микроскопа около 30Ǻ.The structure of the obtained particles was studied using electron scanning microscopy (SEM) and X-ray diffractometry. Electron micrographs (Fig. 1-3) of carbon particles show that they consist of thin two-dimensional structures. The thickness of the observed carbon planes is much lower than the resolution of the Philips SEM505 electron microscope that we used, equipped with the Micro Capture SEM3.0 M image capture system, and EDAX elemental microanalysis system with an energy dispersive detector SAPHIRE Si (Li) type SEM10. The resolution of the microscope is about 30Ǻ.

Кристаллическую структуру углеродного порошка изучали на рентгеновском дифрактометре STOE IPDS. Длина волны излучения МоКα=0.709 Ǻ. Прибор позволял проводить измерения с тонким пучком рентгеновского излучения диаметром сечения 500 мкм, шаг смещения пучка 10 мкм. Исследуемый порошок помещали между прозрачными для рентгеновского излучения микронными полимерными пленками в специальном держателе. Анализ экспериментальных результатов проводили с учетом базы международного центра дифракционных данных ICDD.The crystal structure of the carbon powder was studied on a STOE IPDS X-ray diffractometer. MoC radiation wavelength α = 0.709 Ǻ. The device allowed measurements with a thin x-ray beam with a cross-sectional diameter of 500 μm, the beam displacement step was 10 μm. The studied powder was placed between X-ray transparent micron polymer films in a special holder. The analysis of experimental results was carried out taking into account the base of the international center for diffraction data ICDD.

Рентгеновская дифракция на порошке углеродного продукта показывает, что он почти полностью состоит из кристаллической фазы (рис.4). На дифрактограммах наблюдаются максимумы, точное положение которых приведено в таблицах 2 и 3. Вместо интенсивных максимумов, соответствующих отражениям (002) и (100), связанных с дифракцией на углеродных структурах, состоящих из параллельных графитовых плоскостей (например, для графита и многостенных углеродных нанотрубок), наблюдается лишь перегиб в области 20-12° и слабый максимум при 2Θ=20,61°.X-ray powder diffraction of a carbon product shows that it consists almost entirely of a crystalline phase (Fig. 4). Diffraction patterns show maxima whose exact positions are given in Tables 2 and 3. Instead of intense maxima corresponding to reflections (002) and (100) associated with diffraction by carbon structures consisting of parallel graphite planes (for example, for graphite and multi-walled carbon nanotubes ), there is only an inflection in the region of 20-12 ° and a weak maximum at 2Θ = 20.61 °.

Таблица 2table 2 Данные по дифракции рентгеновского МоКα излучения для образца углеродного остатка, полученного после сжигания таблетки фторопласта Ф-42B с нано-Al на воздухеX-ray diffraction data for MoC α radiation for a carbon residue sample obtained after burning an F-42B fluoroplastic tablet with nano-Al in air 2Θ, град2Θ, degrees D, ǺD, Ǻ I, отн. ед.I, rel. units СтруктураStructure Кристаллическая системаCrystal system Индексы МиллераMiller Indices hh kk ll 11,6211.62 3,5093,509 10001000 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 00 1one 22 14,4914.49 2,8162,816 80,880.8 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 00 1one 22 16,2316.23 2,5162,516 47,5947.59 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 00 1one 55 18,2518.25 2,2402,240 50,9750.97 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 1one 00 77 19,3619.36 2,1122,112 248,49248.49 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 1one 1one -3-3 20,6120.61 1,9851,985 72,5172.51 ГрафенGraphene Гексагон.Hexagon. 00 00 22 21,8621.86 1,8731,873 28,8528.85 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 1one 00 1010 23,3323.33 1,7571,757 186,12186.12 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 00 22 4four 24,6224.62 1,6661,666 51,6551.65 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 1one 00 15fifteen 25,9225.92 1,5841,584 128128 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 1one 1one -6-6 28,8628.86 1,4251,425 36,7736.77 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 22 00 22 29,5829.58 1,3911,391 58,6658.66 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 22 00 55 31,731.7 1,31.3 15,915.9 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 1one 1one 1212 32,9132.91 1,2541,254 3232 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 22 00 88 35,5735.57 1,1631,163 30,0130.01 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 1one 33 -2-2

Таблица 3Table 3 Данные по дифракции рентгеновского МоКα излучения для образца углеродного остатка, полученного после сжигания таблетки фторопласта Ф-42В с нано-Al в аргонеX-ray diffraction data for MoC α radiation for a carbon residue sample obtained after burning an F-42B fluoroplastic tablet with nano-Al in argon 2Θ, град2Θ, degrees D, ǺD, Ǻ I, отн. ед.I, rel. units СтруктураStructure Кристаллическая системаCrystal system Индексы МиллераMiller Indices hh кto ll 11,6211.62 3,5093,509 10001000 A1F3 A1F 3 Тригон.Trigon. 00 1one 22 14,4914.49 2,8162,816 55,855.8 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 00 1one 22 16,2316.23 2,5162,516 33,2733.27 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 00 1one 55 18,2518.25 2,2402,240 38,3238.32 Al4С3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 1one 00 77 19,3619.36 2,1122,112 248,09248.09 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 1one 1one -3-3 20,6120.61 1,9851,985 103,52103.52 ГрафенGraphene Гексагон.Hexagon. 00 00 22 21,8621.86 1,8731,873 19,9619.96 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 1one 00 1010 23,3323.33 1,7571,757 186,10186.10 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 00 22 4four 24,6224.62 1,6661,666 36,1136.11 Al4С3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 1one 00 15fifteen 25,9225.92 1,5841,584 127,90127.90 AlF3 Alf 3 Тригон.Trigon. 1one 1one -6-6 28,8628.86 1,4251,425 25,7025.70 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 22 00 22 29,5829.58 1,3911,391 41,0241.02 Al4C3 Al 4 C 3 Тригон.Trigon. 22 00 55

Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что в установленных нами условиях при реакции нанодисперсных или микропорошков алюминия, боридов алюминия, кремния, титана и циркония с сополимером тетрафторэтилена и винилиденфторида образуются графеновые структуры.Thus, on the basis of the results obtained, it can be concluded that under the conditions established by us during the reaction of nanodispersed or micropowders of aluminum, aluminum borides, silicon, titanium and zirconium with a copolymer of tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride, graphene structures are formed.

Рис.1 Электронные микрофотографии углеродных частиц в образце 1 остатка, полученного после сжигания таблетки фторопласта Ф-42В с нано-Al на воздухе.Fig. 1 Electron micrographs of carbon particles in sample 1 of the residue obtained after burning an F-42B fluoroplastic tablet with nano-Al in air.

Рис.2 Электронные микрофотографии углеродных частиц в образце 2 остатка, полученного после сжигания таблетки фторопласта Ф-42В с нано-Al на воздухе.Fig. 2 Electron micrographs of carbon particles in sample 2 of the residue obtained after burning an F-42B fluoroplastic tablet with nano-Al in air.

Рис.3 Электронные микрофотографии углеродных частиц в образце 3 остатка, полученного после сжигания таблетки фторопласта Ф-42В с нано-Al в аргоне.Fig. 3 Electron micrographs of carbon particles in sample 3 of the residue obtained after burning an F-42B fluoroplastic tablet with nano-Al in argon.

Рис.4 Дифрактограмма образца 2 углеродного остатка, полученного после сжигания таблетки фторопласта Ф-42В с нано-Al.Fig. 4 Diffraction pattern of sample 2 of the carbon residue obtained after burning a F-42B fluoroplastic tablet with nano-Al.

Claims (1)

Способ получения графеновых структур в виде плоских углеродных частиц размером до 5 мм, характеризующийся тем, что графеновые структуры получают путем сжигания в атмосфере воздуха или инертного газа композитного пресс-материала, полученного из микро- и нанодисперсных порошков активных металлов, таких как алюминий, титан, цирконий, нанодисперсных порошков кремния и боридов алюминия, и фторполимеров, таких как политетрафторэтилен и сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, при соотношении металл:фторполимер=10-35:90-65%. A method for producing graphene structures in the form of flat carbon particles up to 5 mm in size, characterized in that graphene structures are obtained by burning in the atmosphere of air or inert gas a composite press material obtained from micro- and nanodispersed powders of active metals, such as aluminum, titanium, zirconium, nanosized powders of silicon and aluminum borides, and fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene and a copolymer of tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride, with a ratio of metal: fluoropolymer = 10-35: 90-65%.
RU2013103810/05A 2013-01-30 2013-01-30 Method of production of graphene structures RU2530084C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013103810/05A RU2530084C2 (en) 2013-01-30 2013-01-30 Method of production of graphene structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013103810/05A RU2530084C2 (en) 2013-01-30 2013-01-30 Method of production of graphene structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013103810A RU2013103810A (en) 2014-08-10
RU2530084C2 true RU2530084C2 (en) 2014-10-10

Family

ID=51354815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013103810/05A RU2530084C2 (en) 2013-01-30 2013-01-30 Method of production of graphene structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2530084C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2688628C1 (en) * 2018-10-01 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Method of transferring graphene from a metal substrate to a polymer material
RU2706318C2 (en) * 2015-03-27 2019-11-15 Квансей Гакуин Эдьюкейшнл Фаундейшн Novel composite material containing iron compound and graphene oxide

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114591127B (en) * 2022-02-25 2022-11-15 武汉理工大学 Metastable composite material and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2256087A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-01 Belenos Clean Power Holding AG Stable dispersions of single and multiple graphene layers in solution

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2256087A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-01 Belenos Clean Power Holding AG Stable dispersions of single and multiple graphene layers in solution

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЕЛЕЦКИЙ А.В. и др., Графен: методы получения и теплофизические свойства, Успехи физических наук, 2011, т. 181, N3, с.с. 233-268. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706318C2 (en) * 2015-03-27 2019-11-15 Квансей Гакуин Эдьюкейшнл Фаундейшн Novel composite material containing iron compound and graphene oxide
RU2688628C1 (en) * 2018-10-01 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Method of transferring graphene from a metal substrate to a polymer material

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013103810A (en) 2014-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Nanofabrication by thermal plasma jets: From nanoparticles to low-dimensional nanomaterials
Bhimanapati et al. 2D boron nitride: synthesis and applications
Ding et al. An ultrahigh thermal conductive graphene flexible paper
Qian et al. Construction of graphdiyne nanowires with high-conductivity and mobility
Bhimanapati et al. Large-scale synthesis and functionalization of hexagonal boron nitride nanosheets
Karlicky et al. Halogenated graphenes: rapidly growing family of graphene derivatives
KR101593347B1 (en) Production of graphenic carbon particles utilizing hydrocarbon precursor materials
Pan et al. Preparation of Ag2S–Graphene nanocomposite from a single source precursor and its surface-enhanced Raman scattering and photoluminescent activity
Kumar et al. Pressure-dependent synthesis of high-quality few-layer graphene by plasma-enhanced arc discharge and their thermal stability
Kumar et al. Mechanical pressure induced chemical cutting of boron nitride sheets into boron nitride quantum dots and optical properties
Adel et al. Synthesis of few-layer graphene-like nanosheets from glucose: New facile approach for graphene-like nanosheets large-scale production
Zheng et al. Structure control of ultra-large graphene oxide sheets by the Langmuir–Blodgett method
Eskizeybek et al. Structural and optical properties of CdO nanowires synthesized from Cd (OH) 2 precursors by calcination
Ruiz et al. Silicon oxide contamination of graphene sheets synthesized on copper substrates via chemical vapor deposition
RU2530084C2 (en) Method of production of graphene structures
Mahato et al. Graphene nanodiscs from electrochemical assisted micromechanical exfoliation of graphite: Morphology and supramolecular behavior
Tony et al. Novel synthesis of silicon carbide nanotubes by microwave heating of blended silicon dioxide and multi-walled carbon nanotubes: The effect of the heating temperature
Sreedhar et al. Synthesis and study of reduced graphene oxide layers under microwave irradiation
Kaneda et al. Nanoscrolls of Janus Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
Kiran et al. Scaling up Simultaneous Exfoliation and 2H to 1T Phase Transformation of MoS2
US20150283555A1 (en) Isolation of Single Molecule of Solid Organic Compound By Dual Microencapsulation
Xiaoli A review: the method for synthesis MoS 2 monolayer
JP2004196628A (en) Tungsten oxide nano-structure, its composite body and their producing methods
Neupane et al. Synthesis and characterization of ruthenium dioxide nanostructures
Liu et al. Facile synthesis of pure boron nanotubes and nanofibers

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160401