[发明专利]石墨烯纳米带制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米结构的制作方法，特别是涉及一种石墨烯纳米带(graphene nanoribbons)的制作方法。

背景技术

随着科技的发展，元件的尺寸愈来愈微型化，因此不同的新颖材料及结构也被不断地开发研究出，而富勒烯(Fullerene)、纳米碳管(Carbon Nanotube，CNT)、石墨烯(Graphene)、以及到近几年才开始被研究的石墨烯纳米带(Graphene Nanoribbon)，则因为其特殊的结晶性及导电性更是在一片纳米声浪中受到众多的瞩目。

其中，石墨烯纳米带，是目前世上最薄，却也是最坚硬的纳米材料，由于石墨烯纳米带的独特结构：是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成，呈蜂巢状晶格而且只有一个碳原子厚度的二维材料；及其所展现的独特性质：几乎是完全透明、导热系数高于碳纳米管和金刚石，高达5300W/m·K、常温下电子迁移率超过15000cm²/V·s，高于铜及银，但电阻率却只有约10^-6Ω·cm比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料，因此「石墨烯纳米带」被科学家预期可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管，或是用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池而引起广泛的研究。

目前用来制备石墨烯纳米带的方法有碳化硅表面外延生长法、金属表面生长法、氧化减薄石墨片法、肼还原法乙氧钠裂解法，或切割纳米碳管法。其中，切割纳米碳管法，Kosykin等人(Nature/Vol.458/p.872/16 April 2009)为利用将纳米碳管浸泡在硫酸中，再加入过锰酸钾强氧化剂后加热到65℃，利用强氧化剂令纳米碳管开环、拉开(unzipping，以下简称开环)，而得到石墨烯纳米带。然而，以此方法进行石墨烯纳米带的制备过程需先将纳米碳管泡酸约一小时，然后再加入过锰酸钾进行开环反应，而且因为加入过锰酸钾后为了要达到纳米碳管开环化学反应的适当温度还需要进行加热，而此反应过程(需维持65℃的加热时间长达两个多小时)不仅反应时间长、耗费能量，且石墨烯纳米带的产率也不佳。

由纳米碳管(CNT)从90年代初期发展至今的历史来看，纳米碳材的量产始终是其进入终端市场的瓶颈，因此，如何改善制程，发展可快速大量生产石墨烯纳米带的方法，使石墨烯纳米带材料可量产化，则为本领域技术研发人员不断改善的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速制备石墨烯纳米带的制作方法。

本发明石墨烯纳米带制作方法包括：(a)将纳米碳管分散至一溶液，得到一混合液，(b)将氧化剂加入该混合液，得到一反应液，以及(c)利用微波加热该反应液，令该纳米碳管在微波过程中吸收微波能量，而让该纳米碳管沿长轴方向断键，形成石墨烯纳米带。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该步骤(a)溶液的pH值不大于4。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该氧化剂与该纳米碳管的重量比值大于0且不小于2。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该氧化剂与该纳米碳管的重量比值大于0且不小于5。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该步骤(b)的氧化剂选自氯酸钾、氯酸钠、高氯酸钾、过氧化氢、过锰酸钾，或其中一组合。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该步骤(c)的微波功率介于50w～2000w。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该微波功率介于150w～300w。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该步骤(c)的微波加热时间不大于10分钟。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该步骤(c)是在50～100℃的温度条件下进行。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该步骤(c)是在60～80℃的温度条件下进行。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，还包括一实施在该步骤(b)之前的步骤(d)，利用微波加热方式加热该混合液，将纳米碳管进行表面改质。

较佳地，前述的石墨烯纳米带制作方法，其中该步骤(d)的微波功率介于150w～300w，且微波时间不大于5分钟。

本发明的有益效果在于：利用微波加热反应方式，让纳米碳管在微波过程中吸收微波能量，使分子间产生共振而重新排列组合，而让该纳米碳管沿长轴方向断键，形成石墨烯纳米带，不仅方法简单，且可有效缩短制程时间。