[发明专利]新型石墨烯纳米分散液及其制备方法

说明书

本申请是分案申请，其原申请的国际申请号是PCT/JP2013/063438，国际申请日是2013年5月14日，中国国家申请号为201380024682.3，进入中国的日期为2014年11月11日，发明名称为“新型石墨烯纳米分散液及其制备方法”。

技术领域

本发明涉及能够使石墨烯以高浓度分散的新型离子液体、使用了该离子液体的石墨烯纳米分散液及该分散液的制备方法。

背景技术

作为碳材料的石墨采取层状结构，将其中的1层称为石墨烯。石墨烯仅由结合为六边形的网格状的碳原子构成，其厚度只有1个碳原子厚，热导率非常高，期待其可作为电导率等电学特性非常优异的二维纳米片材。

曾获得诺贝尔奖的Geim先生等人是如下得到石墨烯的：将石墨的薄片粘贴在胶带上，利用胶带的粘合面将薄片夹在中间进行折叠，再次撕开胶带，反复进行该操作来剥开薄片，从而得到石墨烯(非专利文献1)。

另一方面，近年来，作为由石墨制造石墨烯的方法，主要使用如下2种方法。其一是将石墨氧化后在水中进行剥离来得到石墨烯氧化物的方法(非专利文献2)。另一个方法是在溶剂或表面活性剂溶液中通过超声波处理等对石墨进行剥离(液相剥离)，得到分散在液体中的石墨烯的方法(非专利文献2～3)。

在经由石墨烯氧化物的前者的方法中，需要包括首先要使用硫酸、硝酸钠、高锰酸钾等对石墨粉末进行氧化，其后进行石墨烯氧化物的还原的数道工序。并且还有文献指出石墨容易由于强氧化处理而受到损害、在施加短时间的超声波(剥离工序)时会发生细分化之类的问题(专利文献1)。与此相对，石墨的液相剥离并无这样的问题，被认为是有用的方法。

在液相剥离中，溶剂在得到最大限度的收率方面发挥出重要的作用。根据近年来对石墨烯剥离所进行的研究，在理论上明确了对石墨烯有效的溶剂具有40mJ/m²附近的表面张力(非专利文献2)。但是，在通过超声波处理对石墨烯进行一段剥离的方法中，目前的分散性水平为2mg/mL左右，对于在广泛用途中的展开仍不充分。

作为石墨烯的液相剥离的溶剂，出于分散能力高、进而多种物理特性优异的原因，使用了各种熔融盐。特别是咪唑鎓系盐的离子液体作为可松开碳纳米管的束的介质得以适当地使用。纳米管与有机阳离子的π电子间的相互作用被认为对于松开及其后的凝胶化是很重要的。从这样的的方面考虑，对于各种离子液体在石墨的液相剥离方面进行了研究，目前报告的石墨烯分散液的最大浓度为5.33mg/mL(非专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-219318号公报

非专利文献

非专利文献1：K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov；Science 306(2004)666

非专利文献2：S.Park,R.S.Ruoff；Nature Nanotech.4,217-224(2009)

非专利文献3：Y.Hernandez,V.Nicolosi,M.Lotya,F.M.Blighe,Z.Sun,S.De,I.T.McGovern,B.Holland,M.Byrne,Y.K.Gun’Ko,J.J.Boland,P.Niraj,G.Duesberg,S.Krishnamurthy,R.Goodhue,J.Hutchison,V.Scardaci,A.C.Ferrari,J.N.Coleman；Nature Nanotech.3,563-568(2008)

非专利文献4：D.Nuvoli,L.Valentini,V.Alzari,S.Scognamillo,S.B.Bon,M.Piccinini,J.Illescas,A.Mariani；J.Mater.Chem.21,3428-3431(2011)

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提供能够使石墨烯以高浓度分散的新型离子液体。

解决课题的手段