[发明专利]石墨烯的表面改质方法

说明书

技术领域

本发明有关于一种石墨烯的表面改质方法，尤其是利用真空下调整适当处理温度而使气态的表面改质剂透过物理吸附而吸附于石墨烯粉体的表面以实现对石墨烯的表面改质。

背景技术

单层石墨，又称为石墨烯(graphene)，是一种由单层碳原子以石墨键(sp2)紧密堆积成二维蜂窝状的晶格结构，因此仅有一个碳原子的厚度，0.335nm，且石墨键为共价键与金属键的复合键，可说是绝缘体与导电体的天作之合。2004年英国曼彻斯特大学Andre Geim与Konstantin Novoselov成功利用胶带剥离石墨的方式，证实可得到单层的石墨烯，并获得2010年的诺贝尔物理奖，进而促使学界及产业投入大量的人力与物力，试图利用石墨烯的优异物理特性应用于各种领域。

具体而言，石墨烯是目前世界上最薄也是最坚硬的材料，导热系数高于奈米碳管与金刚石，常温下其电子迁移率亦比奈米碳管或硅晶体高，电阻率比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。石墨烯与奈米碳管在透明电极的应用皆有可挠性高、反射率低的优点，是目前做为软性电子材料的首选。

然而，石墨烯在实际上的缺点为所使用的分散液的涂布效果较一般奈米碳管的分散液相对上困难许多，因为石墨烯本质上非常容易聚集、堆叠，使得欲得到高均匀性且单层的石墨烯薄膜，同时要能避免石墨烯薄片彼此不均匀地堆叠，而仍维持薄片彼此可接触并电气导通，一直以来都是产业界需要急需克服的主要技术瓶颈。

为确实解决上述问题，已有许多技术被开发出来，并举例简单说明如下。

美国专利第20100056819号揭露一种可分散的导电石墨烯片的制备方式，其中涉及的方式是在氧化处理程序中，将具有高氧化能力的反应气体与 石墨材料、碳材料或奈米碳管进行反应，使其带有含氧官能基，进而提升分散的能力。但此方法所使用的反应气体多半是强腐蚀性的反应物，此外，经过氧化处理程序所得的产物具有较高的氧含量，导致石墨烯片本身的导电效果大打折扣。

此外，美国专第07745528号揭露一种官能基化石墨烯与橡胶复合材，其中复合材所使用的官能基化石墨烯的制备方式，是藉由将石墨氧化取得氧化石墨或分离的膨胀石墨烯层，再急速加热使氧化石墨或分离的膨胀石墨烯层分解，藉以释放出其中所包含的气体，进而得到富含氧官能基的官能基化石墨烯。然而，含氧官能基量的分布范围很广，且由氧含量可概略推估其氧含量比例从5％至40％，因此不易精确控制，而且其电性的表现也相当不佳。

从上述的先前技术中可得知，目前现有技术的石墨烯表面处理方法皆是透过化学反应的方式而进行，不仅制程控制困难，在在制程放大的过程中，更会引发有毒性物质与环保的问题，非常不利于石墨烯的大量生产制造及应用。

因此，非常需要一种创新的石墨烯的表面改质方法，可在只使用物理吸附作用而不需任何化学反应下，达成对石墨烯表面的改质处理，避免高使用反应性化学物质所导致的副作用，进而解决上述现有技术的所有问题。

发明内容

本发明主要的目的在于提供一种石墨烯的表面改质方法，用以实现对石墨烯的表面改质，改善石墨烯在溶液中的分散性，进而提升石墨烯在后续的掺混处理时的均匀性，提高终端产品的性能。

具体而言，本发明的表面改质方法首先是将石墨烯粉体放入具有真空环境的密封容器中，并将处理温度上升至预设的杂质脱附温度，其中杂质脱附温度大于100℃，因而可使石墨烯粉体表面的杂质脱附，获得表面清洁的石墨烯粉体。

接着，将处理温度调整至预设的表面改质吸附温度，并通入气态的表面改质剂，使得表面改质剂藉物理吸附作用而吸附于石墨烯粉体的表面，形成表面改质的石墨烯粉体，其中表面改质吸附温度大于表面改质剂的升华温度，并低于表面改质剂的裂解温度，即维持表面改质剂在升华且不会发生裂解的 状态。

因此，本发明只利用透过物理吸附的方式，不需任何化学反应，可避免使用化学反应所需的高腐蚀性反应物，同时还可减少反应废弃物的产生，具有相对环保安全且制程简便安全的优点。此外，本发明所获得的表面改质石墨烯具有良好的分散性，可提升石墨烯在后续掺混处理时的均匀性，进而提高后续产品的性能。

附图说明

图1为本发明石墨烯粉体的表面改质方法的操作处理流程图。

图2为本发明方法中改质后石墨烯片表面的物理吸附示意图。

图3为用于所述表面改质的石墨烯的X射线光谱。

图4为用于所述表面改质的石墨烯的X射线光谱。

其中，附图标记说明如下：

10石墨烯