包括层叠石墨烯层的颗粒制造技术

根据本发明专利技术，提供了包括多个层叠子结构的颗粒，每个子结构包括一叠石墨烯层，其中连续的层叠子结构之间的间隔大于每个子结构中的连续石墨烯层之间的间隔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及颗粒、相关联的颗粒状材料，以及制作所述颗粒状材料的方法。本专利技术还涉及合成材料、颗粒分散以及包含该颗粒材料的物品。上世纪的最后四分之一已经显现出纳米颗粒领域的显著发展，包括碳或含碳纳米颗粒。参考至今未发现的碳同素异形体，诸如各种富勒烯，包括碳纳米管(CNTs)。还参考石墨烯，其是单层石墨，并且还参考包含诸如石墨烯纳米片(GNPs)的纳米颗粒的石墨烯。考虑到显著的电的、热的、机械的和物理的性质，对于石墨烯和基于石墨的材料具有浓厚的兴趣。大量的努力和花费已经投入了这些材料的研发以及显著性质的利用。然而，在制造CNTs和基于石墨烯的材料中存在问题，尤其是对于大规模工业应用而言。此外，在处理这些材料时存在问题。这些问题一直是诸如CNTs和基于石墨烯材料的材料的商业级利用的障碍。更具体地，公知的是利用诸如电弧放电和催化剂化学气相沉积(CCVD)的方法在低温下合成CNT和诸如GNP的含石墨烯的材料。还已知的是使用石墨的酸插层反应，以及通过热退火，化学，光催化和等离子体还原从石墨烯氧化物产生石墨烯。全部这些方法，在较大或较小的程度上，提供了相对大规模生产的可能。然而，全部这些方法导致了CNT和含石墨烯产品中的大量的缺陷和无序，这些缺陷和无序通过诸如用于清除后生产催化残渣且使单独的结构游离的氧化和剥离的后材料合成工艺引入的大量。一旦合成，这些问题进一步复合，因为用于将石墨烯和CNTs制成实际的、可用的材料的常规的操作和功能方法涉及到严苛的、密集的机械和化学处理。该进一步的处理又通过生成附加的缺陷部位而使得材料表面降级。这种发生是常见事件，而无论所生产的材料是片形、管状(诸如CNTs)或诸如例如巴基球(buckyballs)，纳米洋葱(nanoonions)或其他含石墨烯的结构的其它结构形式。通过这些现有技术引入的缺陷和无序使得材料在可能设想的宽范围的终端应用中的任一种的有用性严重降级，诸如用作材料增强填充剂，或者用作用于感应、催化或其它高价值终端应用的宽范围的设备中的任一种内的促进部件。另外，诸如CNTs和GNPs的许多颗粒由于其在范得瓦力的影响下聚集(aggregate)或聚结(agglomerate)的非常明显的趋势而难以处理以及在可接受状态下生产。纳米颗粒的固有的高“比表面积”和(对于诸如CNT的结构而言)高长宽比一起加剧了该趋势。需要提供一种展现出改进的脆性的纳米颗粒。另外，在提供具有期望的和/或改进的性质和特性的新的纳米颗粒种类方面具有极大的进行中的科学和商业兴趣。在本专利技术的至少一些实施例中，本专利技术涉及如上公开的一个或多个问题、需要和期望。为避免疑问，应当理解的是，在本文使用术语“包含(include)”和“包含有(including)”的情况下，本说明书在其范围内还包含对术语“包括(comprise)”、“包括有(comprising)”、“本质上由…构成”、“基本上由…构成”、“由…构成”和“由…组成”，即，术语“包含”和“包含有”能够由这些其它术语中的任意术语来取代。根据本专利技术的第一方面，提供了一种包含多个层叠的子结构的颗粒，每个子结构包括一叠石墨烯层，其中连续的层叠子结构之间的间隔大于每个子结构中的连续石墨烯层之间的间隔。本专利技术的颗粒能够证实优良的脆性。额外的优点在于，该物质能够嵌入在连续层叠子结构之间的相对较大的间隙内。进一步的优点在于，本专利技术的颗粒能够易于进行表面改良。一般地，纳米颗粒被视为具有小于1000nm的特征维度的颗粒。本专利技术的颗粒可以具有小于1000nm的特征维度，但是在一些实施例中，本专利技术的颗粒具有均为1000nm或更大的特征维度(例如，厚度和宽度)。如一般理解的以及在本文所使用的，术语“特征维度”涉及被视为整个实体的颗粒的总维度。然而，一般地，连续的子结构之间的间隔和子结构的叠层厚度小于1000nm。连续层叠子结构之间的间隔可以为至少2nm，优选地为至少5nm、更优选地至少为10nm。连续层叠子结构之间的间隔可以小于或等于100nm，优选地小于或等于50nm，更优选地小于或等于30nm，最优选地小于或等于20nm。连续层叠子结构之间的间隔可以在从上文限定的下限中的任一个延伸到上文限定的上限中的任一个的范围。尤其是，连续层叠子结构之间的间隔可以在2nm至100nm的范围内，优选地为5nm至50nm，更优选地为10nm至30nm，最优选地10nm至20nm。子结构可各自具有至少为0.7nm的层叠厚度，优选地为至少1nm。子结构可以各自具有为15nm以下的层叠厚度，优选地为4nm以下。子结构可以各自具有在0.7nm至15nm范围内的层叠厚度，优选地具有在0.7nm至4nm范围内的层叠厚度。子结构可以各自具有在1nm至15nm的范围内或1nm至4nm的范围内的层叠厚度。每个子结构可以包括一叠2至12层之间的石墨烯层。每个子结构可以包括一叠2至4层之间的石墨烯层，优选地为3层石墨烯层。可能的是颗粒还包含单层石墨烯。子结构可被视为与石墨烯纳米片具有一定的相似性，因为基本的子结构单元是石墨烯层的层叠。然而，石墨烯层的数量、其间隔、层叠高度和子结构的宽度可以与GNPs相似或不相似。另外，子结构的拓扑结构可以与GNPs相似或不相似。在多个实施例中，子结构和颗粒本身展现出波形或波纹的拓扑结构。子结构各自具有层叠厚度。层叠厚度可以小于连续的层叠子结构之间的间隔。颗粒可以具有在0.7微米至5微米的范围内的厚度，优选地在1至5微米的范围内的厚度，更优选地具有在1.5至3微米的范围内的厚度。为了避免疑问，术语“厚度”实质沿其堆叠子结构的维度。颗粒可以具有在1至15微米的范围内的宽度，优选地具有在1至8微米的范围内的厚度，更优选地具有在2至5微米的范围内的厚度。为了避免疑问，术语“宽度”涉及垂直于或者主要垂直于与颗粒厚度对应的维度的维度。子结构可以具有净负电荷。不希望受任何特殊的理论或推测限制，认为净负电荷的存在至少可以辅助产生和/或保持连续的层叠子结构关于每个子结构中的连续石墨烯层之间的间隔的相对大的间隔。同样不希望受任何特别的理论或推测限制，认为净负电荷的存在可以至少辅助增强脆性。颗粒可以具有StoneWales缺陷。每个子结构可以具有StoneWales缺陷。颗粒可以具有大于80wt.％的碳含量，优选地大于90wt.％。颗粒可具有小于10wt.％的氧含量，优选地小于5wt.％，最优选地小于1wt.％。子结构中的至少一些石墨烯层可以被掺杂和/或进行表面改良。至少一些石墨烯层可以是通过官能化进行表面改良。官能化可以被执行从而调整颗粒的化学和/或物理性质。例如，机械和阻隔性能可得以改善。官能化的示例包括在颗粒的表面上形成羧基，羰基，羟基，胺，酰胺，氧代，氧化物或卤素官能团。胺官能化或使用氮的官能化能够用于增强导电性。至少一些石墨烯层可以通过用材料装饰来进行表面改良。材料可以是硅，硫，硒或金属。金属可以是过渡金属。金属可以是银，金，铂，铜和铁中的一种或多种。利用金属装饰能够提供增强的导电性、增强的散热性、催化能力、磁化和抗菌活性中的一种或多种。术语‘装饰’应当理解为广义地指将一种或多种材料布置到颗粒上。装饰可以为材料涂层的形式。可替代地，装饰可以是在颗粒的多个不同部位上材料的多个离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括多个层叠子结构的颗粒，每个子结构包括一叠石墨烯层，其中连续的层叠子结构之间的间隔大于每个子结构中的连续石墨烯层之间的间隔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.28 GB 1405614.71.一种包括多个层叠子结构的颗粒，每个子结构包括一叠石墨烯层，其中连续的层叠子结构之间的间隔大于每个子结构中的连续石墨烯层之间的间隔。2.根据权利要求1所述的颗粒，其中连续的层叠子结构之间的间隔在2nm至100nm的范围内，优选地为5nm至50nm，更优选地为10nm至30nm，最优选地为10nm至20nm。3.根据权利要求1或2所述的颗粒，其中所述子结构各自具有在0.7nm至15nm的范围内的层叠厚度，优选地具有在0.7nm至4nm的范围内的层叠厚度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的颗粒，其中每个子结构包括一叠2至12层之间的石墨烯层。5.根据前述任一项权利要求所述的颗粒，其中所述子结构各自具有层叠厚度，并且所述层叠厚度小于连续的层叠子结构之间的间隔。6.根据前述任一项权利要求所述的颗粒，具有在0.7微米至5微米的范围内，优选地在1至5微米的范围内，更优选地在1.5微米至3微米的范围内的厚度。7.根据前述任一项权利要求所述的颗粒，具有在1至15微米的范围内，优选地在2至5微米的范围内的宽度。8.根据前述任一项权利要求所述的颗粒，其中所述子结构具有净负电荷。9.根据前述任一项权利要求所述的颗粒，其具有StoneWales缺陷。10.根据前述任一项权利要求所述的颗粒，其具有大于80wt.％的碳含量，优选地大于90wt.％的碳含量。11.根据前述任一项权利要求所述的颗粒，其具有小于10wt.％的氧含量，优选地小于5wt.％的氧含量，最优选地小于1wt.％的氧含量。12.根据前述任一项权利要求所述的颗粒，其中所述子结构中的至少一些石墨烯层被掺杂和/或进行表面改良。13.根据权利要求12所述的颗粒，其中至少一些石墨烯层通过官能化进行表面改良。14.根据权利要求13所述的颗粒，其中至少一些石墨烯层通过在其上面形成羧基，羰基，羟基，胺，酰胺或卤素官能团来进行表面改良。15.根据权利要求12所述的颗粒，其中至少一些石墨烯层通过用材料装饰来进行表面改良。16.根据权利要求15...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·沃尔特斯，D·沃尔特斯，
申请(专利权)人：佩尔佩图斯研究与发展有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB