[发明专利]干磨粒状材料的方法

说明书

致有关人士：

是我们居住在密歇根州Ingham郡东兰辛市的韩国公民Inhawan Do、居住在密歇根州Ingham郡东兰辛市的美国公民Michael Knox、居住在密歇根州Ingham郡东兰辛市的美国公民Scott Murray、和居住在密歇根州Ingham郡东兰辛市的美国公民Robert M.Privette发明了新型和新颖的

干磨粒状材料的方法

以下是其申请文件。

背景技术

本发明涉及具有金属或金属氧化物的石墨烯薄层纳米复合物，和纳米涂覆有金属或金属氧化物的石墨烯薄层。涂覆和复合的颗粒作为电极并且对于电应用是有用的。

石墨通过处于高度结构化的薄层状态的许多碳层形成。当从石墨超结构(supers tructure)分离时，这些薄层统称为石墨烯。石墨烯具有令人关注的化学、物理和电性质。这些性质使石墨烯成为非常贵重的产品。由颗粒直径、颗粒宽度、和表面积限定的石墨烯品质确定了其工业适用性。对于电应用，用金属颗粒涂覆或复合石墨烯是有利的。

总部位于密歇根兰辛的Xg Sciences,Inc.通过高能量、塑料介质、干燥的机械碾末方法制备了“C”级石墨烯。级别尺寸特性使得其独特地适合于用纳米颗粒涂覆或与纳米颗粒混合以形成用于电极的有用材料。

申请人意识到2011年5月12日出版的美国专利公开2011/0111303A1显示了用硅处理石墨烯的湿式方法。

此外，专利权人还意识到以Peukert等人名义的EP2275385，其中提出用于研磨粒状材料的湿式方法，其中研磨介质为钇稳定的氧化锆。

发明内容

通过介质球磨制备的石墨烯具有非常小的颗粒尺寸与相对高的表面积。其独特地适合于通过涂覆或混合其它颗粒来制备纳米复合物。可用高表面积、相对低长径比的石墨烯涂覆金属或金属氧化物或者将金属或金属氧化物与高表面积、相对低长径比的石墨烯成形为复合物。在本文中发明人认为本发明的材料具有独特的长径比。与硅混合的磨碎石墨具有相当接近1的长径比，来自GO方法的石墨烯、等轴生长的石墨烯、或来自插层加热方法的石墨烯具有非常高的长径比。本发明的适中长径比的石墨烯较好地涂覆1－4微米颗粒并且较好地与甚至更小的纳米颗粒混合。

基于拉曼光谱学与长径比、颗粒尺寸、和/或表面积，提供本发明中独特的石墨烯。

基于从拉曼光谱学和测量的峰高计算的以下表格，生成以下表格。

天然石墨具有非常高的G/D比例。研磨成非晶粉末的石墨具有该G/D比例。本发明的材料从高的开始，并且加工的材料越多则趋于2。非晶石墨还具有G峰红移至2000cm^－1。本发明的材料可具有小的红移，但是从数据的品质其难以确定。非常高的表面积和长径比确认其主要为石墨烯纳米薄层。

机械剥离的石墨烯不同于磨碎石墨：其保持强烈的晶态sp2结构。随着石墨被研磨成非晶的，G与D拉曼谱线的比例趋于2并且G谱线从1560cm^－1红移至2000cm^－1。将G峰称作石墨烯峰。D峰称作无序峰。石墨研磨的越多，G峰减少和D峰增加的越多。

如果添加的颗粒比石墨烯大，那么用石墨烯涂覆它们，并且如果它们为大约相同的近似尺寸，那么形成纳米复合物。该纳米复合物对于制备特别是用于蓄电池和电容器应用的电极是有用的。

附图说明

图1是Si/石墨烯的蓄电池性能的图表(200－250m²/g，100分钟加工时间)。

本发明

因此，在一个实施方案中，存在干磨粒状材料的方法，其中在非层状材料的存在下，至少一种粒状材料是层状材料，以获得组合物，其中将该层状材料剥离并且其中将该非层状材料与该剥离的材料复合。

剥离的材料具有10微米乘5nm厚或更小的颗粒尺寸。此外，除了控制碾磨介质的硬度以外，还通过控制碾磨介质的表面能来控制干磨。

在第二实施方案中，存在干磨粒状材料的方法，其中在选自i.陶瓷、ii.玻璃、iii.石英的粒状材料的存在下，至少一种粒状材料为层状材料，以获得组合物，其中将该层状材料剥离并且其中用该剥离的材料涂覆粒状材料。

剥离的材料具有500纳米或更小的颗粒尺寸。此外，除了控制碾磨介质的硬度以外，还通过控制碾磨介质的表面能来控制干磨。

在第四实施方案中，存在通过第一实施方案获得的复合产品和通过第二实施方案获得的涂覆产品。

具体实施方式