石墨烯增强的材料和制造方法技术

提供石墨烯增强的材料和相关制造方法。所述石墨烯增强的材料包括石墨烯片或卷，石墨烯‑聚合物片或卷，和石墨烯‑碳片或卷，其各自具有跨越宽范围的应用和工业具有吸引力的材料性质。所述石墨烯增强的材料通常包括单层或多层石墨烯，其通过以下步骤合成：在CVD室内将催化剂基质退火，将烃气作为碳源引入CVD室以在催化剂基质上形成石墨烯层，使催化剂基质与石墨烯层分离，和将石墨烯层卷到自身上以形成卷，任选地在石墨烯层上添加聚合物层或碳化层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨烯增强的材料和制造方法本专利技术是用由美国能源部(U.S.DepartmentofEnergy)授予的合同号DE-AC05-00OR22725下的政府支持进行的。政府在本专利技术中具有一定的权利。专利技术背景本专利技术涉及石墨烯增强的材料和相关的制造方法。石墨烯是在一单原子厚的片中具有六边形键合结构的碳的单层。已知石墨烯表现出低密度(<0.77mg/m2)和高抗拉强度(>130,000MPa)。石墨烯的抗拉强度大于碳钢(850MPa)、金刚石(2,800MPa)、芳纶(3,700)和碳纤维(6000MPa)。鉴于石墨烯的合意的机械性能，需要用于可扩展(scalable)生产石墨烯制品的可靠技术。用于石墨烯生产的一种已知技术包括石墨晶体的机械剥离。然而，由这种方法生产的石墨烯产生呈粉末形式的不相连的微米尺寸的石墨烯晶体，其在材料增强应用方面具有某些限制。另一已知技术包括在低压下的化学气相沉积。根据该方法，在还原气氛中将金属基质进行退火。在退火后，使金属基质暴露于低压反应器中的碳源以合成石墨烯。可使用各种有机气体和固体作为石墨烯生长的碳源，其中甲烷气体为广泛使用的前体。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成石墨烯卷的方法，所述方法包括：将催化剂基质插入化学气相沉积室中；在所述化学气相沉积室内将所述催化剂基质在氢气中退火；和使经退火的催化剂基质暴露于包括烃的反应气体混合物；在使所述经退火的催化剂基质暴露于所述反应气体混合物之后，由所述反应气体混合物合成石墨烯；使所述经退火的催化剂基质与合成的石墨烯分离；和将所述合成的石墨烯固结成具有螺旋横截面的圆柱形多壁卷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 US 14/2177591.一种形成石墨烯卷的方法，所述方法包括：将催化剂基质插入化学气相沉积室中；在所述化学气相沉积室内将所述催化剂基质在氢气中退火；和使经退火的催化剂基质暴露于包括烃的反应气体混合物；在使所述经退火的催化剂基质暴露于所述反应气体混合物之后，由所述反应气体混合物合成石墨烯；使所述经退火的催化剂基质与合成的石墨烯分离；和将所述合成的石墨烯固结成具有螺旋横截面的圆柱形多壁卷。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在固结成多壁卷之前使聚合物膜结合至所述合成的石墨烯。3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括对所述聚合物膜进行热处理，以使所述聚合物膜碳化。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃选自甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、乙炔、苯、甲苯及其组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂基质包括铜金属。6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述催化剂基质退火包括将所述催化剂基质逐渐加热至约1000ºC。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应气体混合物包括选自稀有气体和氮气的缓冲气体。8.一种合成石墨烯制品的方法，所述方法包括：使金属基质通过在大气压下的加热的化学气相沉积室；将烃作为碳源引入，以在所述金属基质上形成包括结晶六边形晶粒的至少单层的大面积石墨烯；在与所述金属基质相对的所述石墨烯的表面上形成热塑性膜；和使所述金属基质与所述石墨烯分离以获得复合石墨烯制品。9.根据权利要求8所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：IV弗拉西欧克，IN伊娃诺夫，PG达茨科斯，
申请(专利权)人：UT巴特勒有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US