圆形多层石墨烯制造技术

一种圆片状微细碳颗粒。描述了直径小于3微米并且高度小于0.05微米的基本上为圆片形态的微细碳颗粒。还描述了与其它微细颗粒的掺合物。

Circular multilayered graphene

A flake like fine carbon particle. Small diameter carbon particles with a diameter less than 3 microns and a height less than 0.05 microns are basically described. The addition of other fine particles is also described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】圆形多层石墨烯相关申请的交叉参考本申请要求2015年9月9日递交的美国临时申请No.62/215,854的权益，该临时申请的内容以其整体通过引用并入本文中。
本专利技术通常属于的
是利用电能来实现化学变化的方法和设备的

技术介绍
许多年来有很多可以使用和一直使用的工艺用来生产炭黑。许多年来用于生产该炭黑的能源已在很大程度上与用于将含有碳氢化合物的材料转化成炭黑的原材料紧密地连接。精炼残油和天然气一直是用于生产炭黑的资源。举例来说，在诸如炭黑生产等的化学工艺中，能源已经随着时间从简单的燃烧发展到油炉、发展到等离子体。如在所有的制造中，不断在寻找更有效率和更有效的方式来生产此类产品，和生产新型且改进的产品。改变能源的流量和其它条件、改变原材料的流量和其它条件、增加生产的速度、增加产量、减少制造设备磨耗特性等均一直是并且继续是许多年来此寻求的一部分。本文说明的实施方案满足了上述挑战，并且还获得了更有效率的和更有效的制造工艺。
技术实现思路
描述包括直径小于3微米且高度小于0.05微米，基本上为圆片(disk)形态的微细碳颗粒的微细碳颗粒。另外的实施方案包括：上述颗粒中，圆片包括周长和直径并且其中周长为3.1415倍直径的95％～105％；包括以1重量％以上的量存在的上述圆片的微细碳颗粒的掺合物(admixture)；上述掺合物中，圆片以10重量％以上的量存在；上述颗粒中，直径/高度扁平比(aspectratio)为4以上；上述颗粒中，扁平比为10以上但小于200；上述颗粒中，扁平比在4与150之间；上述颗粒由碳质原料的两个不同的注入区域制得；上述颗粒由使用天然气的气相法制得；掺合物为包括1重量％以上的上述颗粒的球形和/或椭球形微细碳颗粒的掺合物。以下进一步描述这些和另外的实施方案。附图说明图1示出本文中所述方法的流程图。图2和3表示用于进行本文中所述方法的不同的设备。图4和5示出通过本文的方法生产的碳纳米颗粒的典型的透射电子显微(TEM)图像。具体实施方式本文中示出的细节通过实施例的方式且仅是出于说明性讨论本专利技术的各种实施方案的目的，并且为了提供认为是本专利技术的原理和概念方面的最有用且容易理解的说明而提出。就这点而言，没有进行尝试显示比本专利技术的基本理解所必要的更详细的本专利技术的详情，该说明使得如何使本专利技术的几个形式在实践中体现对于本领域技术人员是显而易见的。现在将通过参考更详细的实施方案来描述本专利技术。然而，本专利技术可以以不同形式来体现，而不应被解释为局限于本文中所述的实施方案。当然，提供这些实施方案，以致本公开将是全面且完整的，并且将本专利技术的范围完全地传达给本领域技术人员。除非另有定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属的领域中普通技术人员通常理解的相同的含义。本文中，本专利技术的说明书中所使用的术语仅是用于描述特定的实施方案，而不意欲限制本专利技术。如在本专利技术的说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”意欲也包括复数形式，除非上下文中另外清楚地说明。本文中提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献通过参考以其整体明确地引入。除非另有说明，否则说明书和权利要求书中所使用的表示成分的量和反应条件等的所有数字理解为在所有情况下通过术语“约”修改。因此，除非相反地表示，否则在以下说明书和所附权利要求书中所阐述的数值参数是可以根据寻求通过本专利技术获得的期望的性能而改变的近似值。至少，不试图限制等同原则在权利要求范围中的应用，各数值参数应当解释为基于有效数字的位数和普通的四舍五入法。尽管本专利技术的宽泛范围所阐述的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中阐述的数值被尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由在它们各自的试验测量中求得的标准偏差必然导致的误差。遍及本说明书给出的每个数值范围将包括落在该较宽数值范围内的每个较窄的数值范围，就如这些较窄的数值范围全都明确地写入本文中。本专利技术的另外的优点将部分在以下说明中阐述一部分、且一部分将从说明中显而易见、或可以通过本专利技术的实践得知。应当理解的是，前述总体说明和以下详细说明两者均仅是示例性和说明性的而不是如要求保护地限制本专利技术。多层石墨烯(FewLayerGraphenes)(FLG)为具有包括仅列举几个例子的电池、聚合物复合物、弹性体和导电性墨的各种应用的新兴材料种类。由于FLG生产的高成本，使得几乎不将FLG引入至主流应用。在文献中尚没有圆形多层石墨烯圆片的任何报道。多层石墨烯包括具有两层以上的石墨烯并且具有最佳地描述为扁平或基本上扁平的形状的颗粒。将微细颗粒描述为至少一维小于100nm(纳米)的颗粒。球形或椭球形颗粒可以表示单独颗粒(singularparticle)并且也可以表示以类似于一串葡萄或葡萄状(aciniform)的形式堆叠在一起的多个颗粒。炭黑为该类型的微细碳颗粒的实例。美国专利8,486,364记载了用天然气进料利用等离子体炬由气相制得石墨烯片的方法。然而，生成的颗粒为片状并且不具有任何圆形特征。FLG领域中的其它专利记载了将石墨化学插层、然后通过利用快速加热而剥落石墨的方法。这些方法也明显不同于本文中所述的方法并且由于来自化学插层的氧化或者由于在快速加热过程中的氧化使得在石墨烯表面引入表面缺陷。图1示出用于经由气相法制得圆形多层石墨烯圆片的工艺步骤的非限制性实例。第一步骤(101)为将碳氢化合物放入惰性气体(氮气、氢气、氩气等)中。可以任选地与第一步骤同步的第二步骤(102)为将该气体混合物加热至2400℃以上。此时，可以任选地存在反应器壁汇聚(207)至狭窄喉部(206)，然后发散(208)至较大的腔室的转变。这被称为转变(transition)。下一步骤或者与转变同时发生的步骤为第二碳氢化合物源的添加(103)。第二原料使得具有几乎完美的圆形边缘的圆片以纳米级尺寸范围的生长。最后，收集(104)由此形成的圆片。图2示出本文中所述的典型设备的实施方案的示意图。将如氧气、氮气、氩气、氦气、空气、氢气、一氧化碳、烃(例如，甲烷、乙烷、不饱和烃)等(单独使用或者以两种以上的混合物使用)等的等离子体气体(201)注入通过以同轴方式位于上部室内的两个电极创建的环中。等离子体形成电极配置有内电极(202)和外电极(203)并且在这两个电极之间施加充分大的电压。电极典型地由铜、钨、石墨、钼、银等制得。然后由此形成的等离子体进入反应区域内，在所述反应区域内其与在碳氢化合物注入器(205)处进料的碳氢化合物原料反应/相互作用以生成炭黑产物。容器的壁可以耐受等离子体形成温度(耐火、冷却等)，其中石墨为结构的优选材料。并且一个或多个碳氢化合物注入器可以位于喉部或喉部附近的平面上的任意位置或者位于反应器的发散区域中在喉部的进一步下游。碳氢化合物注入器前端(tips)围绕注入平面同轴地配置，并且作为非限制性实例，可以存在6个以上的注入器和多至18个这种前端，或者甚至存在连续的狭缝。图3示出本文中所述的设备的另一实施方案。通过三个以上的AC电极的使用、通过如图2中所示同轴DC电极的使用或者通过电阻式或感应式加热器的使用，在反应器的上部生成热气体(301)，其进一步的细节可以在2015年8月24日提交的共本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微细碳颗粒，其基本上为圆片形态、具有小于3微米的直径和小于0.05微米的高度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.09 US 62/215,8541.一种微细碳颗粒，其基本上为圆片形态、具有小于3微米的直径和小于0.05微米的高度。2.根据权利要求1所述的颗粒，其中所述圆片包括周长和直径，和其中所述周长为3.1415倍所述直径的95％～105％。3.一种掺合物，其为以1重量％以上的量存在的根据权利要求3所述的包括圆片的微细碳颗粒的掺合物。4.根据权利要求3所述的掺合物，其中所述圆片以1...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·J·哈德曼，R·W·泰勒，P·L·约翰逊，R·J·汉森，
申请(专利权)人：巨石材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US