[发明专利]通过机械-化学技术使边缘得以官能化的石墨及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及边缘官能化石墨材料及其制造方法，所述方法使用了机械化学过程；更具体而言，本发明涉及边缘官能化石墨材料及其制造方法，所述方法经历在一种或多种气氛剂(atmospheric agents)的存在下将石墨进行机械粉碎的步骤。

背景技术

石墨烯是具有极好的物理特性和电气特性的新型材料，并一直被认为是未来最值得关注的材料。对于石墨烯的若干制造技术已有报道，如机械剥离、化学剥离、剥落-重新插层(reintercalation)-膨胀、化学气相沉积、外延合成、化学合成等。

机械剥离技术可令石墨烯展现出其自身的优异特性，但其最终收率极低，因此在实验室使用这种技术仅用于石墨烯性质的研究。

尽管已经报道了通过化学气相沉积制造的石墨烯具有极好的特性，但这种技术具有一些缺点，诸如重金属催化剂的使用、复杂的工艺及其欠佳的经济效益，从而使得石墨烯的大量生产受到限制。

外延合成技术的缺点在于，所生产的石墨烯的电气性质不够好，并且基板非常昂贵。

因此，用于制造石墨烯的最常用的方法包括下述步骤：通过化学方法生产氧化石墨，通过超声波处理得到氧化石墨烯，以及将氧化石墨烯脱氧形成石墨烯。然而，由于在上述方法中所生产的氧化石墨被完全官能化，其可能显示出较差的物理特性和电气特性。此外，由何种官能团将氧化石墨进行官能化以及官能化的量是难以预计的。因此，二级反应的估算也变得非常困难。其结果是，最终生产的石墨烯往往失去其特性，从而造成使用氧化石墨制造的石墨烯在各种应用领域(例如透明电极等)中使用时必须重新调校(retrained)。

发明内容

技术问题

本发明提供了边缘官能化石墨材料，通过使用机械化学工艺将所述石墨材料官能化。

也就是说，本发明提供了边缘官能化石墨材料的制造方法以及通过该方法制造的边缘官能化石墨材料，所述方法包括在气氛剂(可处于气相、液相或固相形式)的存在下将石墨进行机械粉碎的步骤。

根据本发明的边缘官能化石墨材料是可适用于各种领域的前体。可以预期的是，根据本发明的官能化石墨材料(在其边缘处键合有大量官能团)可取代现有技术中的氧化石墨。

不同于现有技术中的氧化石墨，本发明的石墨材料仅在其边缘处官能化，因此可以预想的是，本发明的石墨材料将比氧化石墨具有更优异的物理性质和电气性质。

对于现有技术中的氧化石墨，氧化石墨包含何种官能团以及所包含的官能团的量是无法预计的。但是，根据本发明，可以证实键合在石墨材料边缘处的官能团的类型和程度。因此，根据本发明，使用这种边缘官能化石墨材料的二级反应是可以预测的。

此外，与使用氧化石墨的现有技术相比，当本发明所述的官能化石墨材料被进一步加工时，可以制造出更多的石墨烯。

技术方案

本发明将提供制造边缘官能化石墨材料的方法，所述方法包括在一种或多种气氛剂(可处于气相、液相或固相形式)的存在下将石墨进行机械粉碎的步骤。

此外，本发明提供了通过本发明所述边缘官能化石墨材料的上述制造方法制造的边缘官能化石墨材料。

优选地，相对于所述边缘官能化石墨材料的总重量，所述边缘官能化石墨材料以0.01wt％至50wt％的比例包含键合在其边缘处的官能团。

发明的有益效果

本发明涉及在石墨的粉碎过程中将石墨的边缘加以官能化的方法，以及通过该方法制造的边缘官能化石墨材料。

本发明可提供能够将石墨的边缘官能化的方法，所述方法通过在将大块石墨粉碎成小块石墨材料的同时，提供处于气相、液相或固相形式的各种气氛剂而实现，并且所述方法具有下述各种优点：加工过程非常简单、经济、并适用于石墨烯的大规模生产。

而且，根据本发明的制造方法，可以对键合至石墨的官能团的类型和程度进行控制。因此，可以提供非常适用于各种领域的材料。

此外，本发明的制造方法本身是高度环境友好的，所以商业化的潜力可能非常高。

在制造氧化石墨的现有技术方法中，石墨的中心区域以及其边缘区域均被官能化。与此相反，本发明的石墨仅在边缘处官能化，因此石墨材料可比现有技术中的氧化石墨具有更优异的物理特性和电气特性。

此外，根据本发明的方法制造的边缘官能化石墨材料可被认为是用于石墨和石墨烯实际应用的新型前体。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一示例性实施方式制造边缘官能化石墨材料的过程，其中，所述石墨材料通过键合至其边缘处的羧基官能团而得以官能化；