[发明专利]石墨烯强化复合材料

说明书

技术领域

本发明是关于一种石墨烯强化复合材料，尤其指一种利用高度石墨化的石墨烯掺合的石墨烯强化复合材料。

背景技术

石墨烯为一种单一原子厚度且具有sp²键结的碳原子的平板结构，理论上，具有完美六角晶格构造的石墨烯可紧密堆叠并于该层状结构的平面呈现优异的电子稳定性及导热性。虽然石墨烯所具有的优异物理性质使得可广泛地应用于各种装置中提高装置的导电、导热或强度等特性，然而，从千禧年初物理学家成功的从石墨中分离石墨烯以来，仍无有效的方法可量产化高度石墨化石墨烯。公知量产石墨烯的方式是以高温高压加工石墨，迫使石墨中的碳原子重新排列成平面状六角晶格结构。然而，以此方式制作的石墨烯其六角晶格结构往往无法于石墨烯平面方向(L_a)获得较大的延伸距离，且其六角环结构往往也是残破不堪的，因而所制得的石墨烯的平面间距(d₍₀₀₀₂₎)也相较于理论值大得许多，造成所制造的石墨烯的物性不如预期。

本发明人所提出的中国台湾专利公开号第201022142号及第201131019号分别提供了一种制备高结晶度石墨烯薄片的方法。其中，使得高纯度石墨烯通过金属触媒作用使得石墨烯中的碳原子得以重新排列成完美的六角晶格平面结构，如图1所示本发明的石墨烯晶格示意图，从而制得高度石墨化的石墨烯薄片。由于此高度石墨化的石墨烯具有较完美的石墨烯平面，因此各种物性上都较公知所制备的石墨烯来得更佳，应用于复合材料中应更能提高复合材料的物化性质。

据此，利用上述的高度石墨化石墨烯制备一石墨烯强化复合材料，其具有比利用公知石墨烯制作的复合材料具有更佳的物性，实有其发展的必要。

发明内容

本发明的主要目在于提供一种石墨烯强化复合材料。

本发明的另一目的在于提供一种制备石墨烯强化复合材料的方法。

为实现上述目的，本发明提供的石墨烯强化复合材料，包括：

一石墨烯层，由一高度石墨化的石墨烯分散形成该石墨烯层，其中，该石墨烯层可由复数个单层或多层石墨烯所组成；以及

一基质，使该石墨烯层均匀分散于该基质中。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该石墨烯层是由复数个1至10层石墨烯所组成，更佳为复数个1至3层石墨烯所组成，最佳为复数个单层石墨烯所组成。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该些单层石墨烯为完美六角晶体所组成的片状结构。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该高度石墨化的石墨烯是由一分散剂、一超音波震荡或其组合分散为该复数个单层石墨烯。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该分散剂为一界面活性剂。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该高度石墨化的石墨烯是由一溶碳析出法所制备。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该高度石墨化的石墨烯的石墨化程度系为0.8至1.0。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该些单层石墨烯的底面方向尺寸(La，based plane)为1纳米至1,000纳米。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该些单层石墨烯的厚度为0.35纳米至1纳米。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该石墨烯层的含量为占该石墨烯强化复合材料总重量的0.01wt％至20wt％。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该基质至少一选自由塑料、橡胶、人造纤维、天然纤维、陶瓷材料、金属材料或其组合所组成的群组。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，包括一添加剂，该添加剂至少一选自由有机材料、金属材料、陶瓷材料或其组合所组成的群组。

所述的石墨烯强化复合材料，其中，该石墨烯强化复合材料应用于散热膏、印刷电路板、导电胶、发光二极管、液晶显示器、太阳能电池、压力传感器、表面声波滤波器、共振器、晶体管、电容器、透明电极、UV激光、DNA芯片或其组合。

本发明提供的制备石墨烯强化复合材料的方法，包括：

提供一高度石墨化的石墨烯分散至一溶剂以形成一溶液；

添加一分散剂至该溶液并充分混合；

利用该分散剂使该高度石墨化的石墨烯于该溶液中分散为一石墨烯层，其中，该石墨烯层可由复数个单层或多层石墨烯所组成；以及

将该溶液与一基质混合以形成一石墨烯强化复合材料。

所述的方法，其中，包括由一超音波震荡处理以将具有高度石墨化的石墨烯分散形成该石墨烯层。