TWI499556B - Production method of flaky graphene - Google Patents

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Description

片狀石墨烯的製造方法
本發明為有關一種石墨烯，尤指一種以氣流製造片狀石墨烯的製造方法。
石墨烯係碳的一種同素異形體(Allotrope)，為碳原子以六方蜂巢晶格排列形成之二維材料，就性質而言，石墨烯具備透明、高導電、高熱傳導、高強度-重量比(Strength-to-weight ratio)與良好的延展性等特點，而具備良好的發展潛力。
習知石墨烯製備方法如美國專利公開第US 2010/0237296號，揭示一種於高沸點溶劑中單層石墨氧化物的還原成石墨，先將單層石墨氧化物分散於水中而形成一分散液，接著，將一溶劑添加至該分散液中形成一溶液，該溶劑可為N-甲基吡咯啶酮(N -methlypyrrolidone)、乙二醇(Ethylene glycol)、甘油(Glycerin)、二甲基吡咯啶酮(Dimethlypyrrolidone)、丙酮(Acetone)、四氫呋喃(Tetrahydrofuran)、乙腈(Acetonitrile)、二甲基甲醯胺(Dimethylformamide)或胺(Amine)或醇(Alcohol)，最後，將該溶液加熱至約200℃，再經純化後，即得到單層石墨。另外，如美國專利公開第US 2010/0323113號，揭示一種石墨烯的合成方法，將一碳氫化合物保持於40℃至1000℃之高溫，以植入碳原子至一基板之中，該基板可為金屬或合金。然後，隨溫度的降低，碳將發生沉澱而擴散出基板外，進而形成石墨烯層。
然而，上述的石墨烯製備方式，不僅過程繁複，生產速度慢，使得生產量不容易增加，而仍有改善的空間。
本發明的主要目的，在於解決習知石墨烯的製備方式，具有過程繁複，生產速度慢，使得生產量不容易增加的問題。
為達上述目的，本發明提供一種片狀石墨烯的製造方法，包含以下步驟：
步驟1：提供複數個石墨塊材，該石墨塊材各包含複數個層疊的石墨烯層，該石墨烯層之間係以一凡得瓦力形成鍵結；
步驟2：將該石墨塊材放置於一腔室內，並於該腔室通入一正向氣流以及一反向氣流，該正向氣流於該腔室內形成一第一流路，該反向氣流於該腔室內形成一第二流路，該第一流路與該第二流路之間形成一氣流交界面
步驟3：利用該氣流交界面所產生的一剪切氣流施予該石墨塊材，該剪切氣流具有一足以破壞該凡得瓦力的動能，令部分的該石墨烯層得以脫離；以及
步驟4：收集複數個自該石墨塊材脫離的片狀石墨烯，該片狀石墨烯包含一或多個該石墨烯層。
如此一來，本發明利用該氣流交界面所產生的該剪切氣流，將該剪切氣流作用於該石墨塊材上，使該石墨烯層得以從該石墨塊材脫離，而形成該片狀石墨烯，如此不僅製造過程簡單，還有利於快速的大量生產。
有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：
請搭配參閱『圖1』及『圖2』所示，『圖1』為本發明一實施例的步驟流程示意圖，『圖2』為本發明一實施例的示意圖，如圖所示，本發明為一種片狀石墨烯的製造方法，包含以下步驟：
步驟1：提供複數個石墨塊材10，該石墨塊材10為由石墨所構成，石墨是碳的一種同素異形體，結構上為每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子，呈蜂巢式的多個六邊形排列，在本實施例中，該石墨塊材10的尺寸可為長度、寬度、高度分別介於10nm至1000μm之間之顆粒或塊材，該石墨塊材10包含複數個層疊的石墨烯層11，該石墨烯層11之間係以一凡得瓦力形成鍵結。
步驟2：將該石墨塊材10放置於一腔室43內，並於該腔室43通入一正向氣流20a以及一反向氣流20b，該正向氣流20a於該腔室43內形成一第一流路21，該反向氣流20b於該腔室43內形成一第二流路22，該第一流路21與該第二流路22之間形成一氣流交界面23。在本實施例中，係以一氣流產生裝置40舉例說明該腔室43之設置，該氣流產生裝置40包含一第一入口41a、一第二入口41b、一氣流出口42以及該腔室43，該第一入口41a供該正向氣流20a流入而與該腔室43連通，該第二入口41b供該反向氣流20b流入而與該腔室43連通，該氣流出口42與該腔室43連通。該正向氣流20a與該反向氣流20b分別從該第一入口41a及該第二入口41b通入該腔室43後，於該腔室43內各形成該第一流路21與該第二流路22，並於該第一流路21與該第二流路22之間產生該氣流交界面23，該正向氣流20a與該反向氣流20b可使用空氣、無水空氣、氮氣(N2 )、氬氣(Ar)、氦氣(He)、氫氣(H2 )、氧氣(O2 )、氨氣(NH3 )等氣體，該正向氣流20a與該反向氣流20b所使用的氣體可為相同或相異。
步驟3：利用該氣流交界面23所產生的一剪切氣流24施予該石墨塊材10，該剪切氣流24具有一足以破壞該凡得瓦力的動能，令部分的該石墨烯層11得以脫離。請搭配參閱『圖3A』及『圖3B』所示，『圖3A』為本發明一實施例的剪切氣流示意圖一，『圖3B』為本發明一實施例的剪切氣流示意圖二。進一步說明如下，如『圖3A』所示，當該第一流路21與該第二流路22之流動方向錯開時，於該氣流交界面23所產生的該剪切氣流24，分佈於該氣流交界面23相對的兩側，而可拉扯該石墨塊材10；又如『圖3B』所示，當該第一流路21與該第二流路22之流動方向相面對時，於該氣流交界面23所產生的該剪切氣流24，正對於該氣流交界面23的一中央部分，而可撞擊該石墨塊材10。於本發明中，該剪切氣流24具有一介於1m/s至200m/s的風速，且該剪切氣流24所產生的該動能係大於0.1KJ/mole，於本發明之一實施例中，該動能較佳地介於0.1KJ/mole至5KJ/mole之間。如此一來，使得該剪切氣流24作用在位於該腔室43的該石墨塊材10上時，足以破壞該凡得瓦力，令彼此依靠該凡得瓦力鍵結的部份該石墨烯層11，得以從該石墨塊材10上脫落，而部份的該正向氣流20a與該反向氣流20b，則從該氣流出口42流出。
步驟4：收集複數個自該石墨塊材10脫離的片狀石墨烯30，該片狀石墨烯30包含一或多個該石墨烯層11。承步驟3所述，在本實施例中，該氣流產生裝置40還可包含有一收集部44，該收集部44與該腔室43連通，而使得從該石墨塊材10脫落的該石墨烯層11，得以從該腔室43落入該收集部44，以進行收集，據此得到包含一或多個該石墨烯層11的該片狀石墨烯30，該片狀石墨烯30可包含1至3000000層的該石墨烯層11，且具有一介於5nm至1000μm之間的直徑，此僅為舉例說明，本發明並不以此為限制。
綜上所述，由於本發明利用該正向氣流與該反向氣流於該氣流交界面所產生的該剪切氣流，將該剪切氣流作用於該石墨塊材上，以具有的該動能破壞該石墨烯層之間形成鍵結的該凡得瓦力，使該石墨烯層得以從該石墨塊材脫離，而可大量的形成該片狀石墨烯，如此不僅製造過程簡單，還有利於快速的大量生產，因此本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈  鈞局早日賜准專利，實感德便。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。
1、2、3、4‧‧‧步驟
10‧‧‧石墨塊材
11‧‧‧石墨烯層
20a‧‧‧正向氣流
20b‧‧‧反向氣流
21‧‧‧第一流路
22‧‧‧第二流路
23‧‧‧氣流交界面
24‧‧‧剪切氣流
30‧‧‧片狀石墨烯
40‧‧‧氣流產生裝置
41a‧‧‧第一入口
41b‧‧‧第二入口
42‧‧‧氣流出口
43‧‧‧腔室
44‧‧‧收集部
圖1，為本發明一實施例的步驟流程示意圖。 圖2，為本發明一實施例使用氣流產生裝置的示意圖。 圖3A，為本發明一實施例的剪切氣流示意圖一。 圖3B，為本發明一實施例的剪切氣流示意圖二。
1、2、3、4‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種片狀石墨烯的製造方法，包含以下步驟： 步驟1：提供複數個石墨塊材，該石墨塊材各包含複數個層疊的石墨烯層，該石墨烯層之間係以一凡得瓦力形成鍵結； 步驟2：將該石墨塊材放置於一腔室內，並於該腔室通入一正向氣流以及一反向氣流，該正向氣流於該腔室內形成一第一流路，該反向氣流於該腔室內形成一第二流路，該第一流路與該第二流路之間形成一氣流交界面； 步驟3：利用該氣流交界面所產生的一剪切氣流施予該石墨塊材，該剪切氣流具有一足以破壞該凡得瓦力的動能，令部分的該石墨烯層得以脫離；以及 步驟4：收集複數個自該石墨塊材脫離的片狀石墨烯，該片狀石墨烯包含一或多個該石墨烯層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中於步驟2中，該石墨塊材為放置於一氣流產生裝置的該腔室內，該氣流產生裝置包含一供該正向氣流流入而與該腔室連通的第一入口、一供該反向氣流流入而與該腔室連通的第二入口以及一與該腔室連通的氣流出口，該氣流交界面於該腔室將該剪切氣流施予該石墨塊材。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中於步驟3中，該氣流產生裝置還包含一與該腔室連通的收集部，脫離的該石墨烯層落入該收集部。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中於步驟4中，於該收集部收集該片狀石墨烯。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中於步驟2中，該正向氣流為選自空氣、無水空氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氣、氧氣及氨氣所組成的群組。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中於步驟2中，該反向氣流為選自空氣、無水空氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氣、氧氣及氨氣所組成的群組。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中於步驟3中，該剪切氣流的一風速為介於1m/s至200m/s之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中於步驟3中，該動能至少高於0.1KJ/mole。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中該動能介於0.1KJ/mole至5KJ/mole之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的片狀石墨烯的製造方法，其中該片狀石墨烯具有一介於 5nm至1000μm之間的直徑。
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