一种不使用粘合剂合成石墨毡的方法技术

本发明专利技术的实施例提供了简易的四步法，用于制备无支撑并具机械强度的无粘合剂石墨毡。石墨烯材料的解聚步骤导致了均匀的粒度分布，当与适当的模塑技术结合/整合时，可根据所需的应用轻松微调石墨毡的各种属性，包括电导率、孔隙率、表面积、表面形态以及表面功能化。由于从所述过程中获得的石墨毡不掺入任何粘合剂，与传统的石墨毡相比，可实现更好的电导率、电化学活性以及催化和传感性能，同时不影响其机械特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种不使用粘合剂合成石墨毡的方法本专利技术主张于2018年11月15日提交的序号第201811043051号的印度临时专利申请案的优先权，其专利技术名称为“一种不使用粘合剂合成石墨毡的方法”，其内容通过引用完整地并入本文。
本专利技术一般涉及的领域为石墨烯纳米技术以及石墨烯材料的加工。本专利技术特别地涉及一种合成石墨毡的方法。本专利技术更具体地涉及一种在不使用任何种类的粘合剂的情况下，合成/制备石墨毡的方法。本专利技术尤其涉及一种合成无粘合剂、无支撑并具机械强度的石墨毡的方法。
技术介绍
石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的原子级超薄二维单层，其中原子以六边形图案排列，并形成蜂窝状的晶格结构。近年来，石墨烯材料已被广泛研究用于能量存储和收集、纯化和过滤、有机和柔性电子、气体和化学传感以及无金属催化等一系列应用，因其独特的特性，包括大的理论表面积、可控的孔洞结构和表面形态、优异的电子载流子迁移率以及易于表面功能化，用于进一步提高催化活性和电子载流子迁移率，并改变传感选择性和灵敏度。尽管石墨烯享有一系列特殊的特性，但加工石墨烯材料以开发能保留这些特殊特性的毡是一项具有挑战性的任务。一般而言，在石墨毡的制造中会加入聚合物粘合剂以提供石墨毡机械稳定性，从而使石墨毡本质上变成无支撑的片材。然而，使用这些粘合剂会对石墨毡的特性和性能产生负面影响。例如，聚合物粘合剂使石墨毡的表面积和孔洞数减少，导致可用活性位点急剧减少，从而影响石墨毡的电化学、催化和传感特性。此外，添加低导电性/非导电性聚合物会影响石墨毡的整体电导率，从而对石墨毡在电化学和电子应用中的性能和效率产生直接影响。因此，需要开发一种简易的方法来实现石墨烯材料的合成，以制备石墨毡而无需添加任何粘合剂，同时不影响石墨毡的机械特性。此外，需要一种在合成石墨毡的过程中使石墨烯材料解聚的方法。将在本专利技术中解释上述的缺点、劣势和问题，通过阅读以下说明书就可理解。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供在没有任何粘合剂材料的情况下，制备/合成石墨毡的方法。本专利技术的另一目的是提供制备无粘合剂的石墨毡的方法，其中石墨烯材料选自由石墨烯片、石墨烯带、石墨烯薄片、石墨烯泡沫、石墨烯海绵、石墨烯气凝胶、石墨烯3D结构、高度膨胀石墨、交联石墨烯片、洋葱状石墨烯和石墨烯球及其衍生物所组成的群组。本专利技术的又一目的是提供在制造/合成石墨毡期间使石墨烯材料解聚的方法。本专利技术的又一目的是提供用于制备/制造或合成石墨毡的初级石墨烯材料的模塑方法，其中所述模塑工艺选自由真空压实、压缩、压制、辊压以及注射成型工艺/技术所组成的群组。本专利技术的又一目的是提供厚度为0.5mm-15mm的石墨毡。本专利技术的又一目的是提供可控表面积为10-100m2/g的石墨毡。本专利技术的又一目的是提供孔隙率为5-200pm的石墨毡。本专利技术的又一目的是提供密度为0.02g/cm3-0.2g/cm3的石墨毡。本专利技术的又一目的是提供具有所需表面功能化特性的石墨毡。本专利技术的又一目的是提供用于优化石墨毡的表面形态的方法。本专利技术的又一目的是提供/开发无支撑并具机械强度的石墨毡，其具有可控和可调的电导率、孔隙率、密度、表面积、表面形态以及表面功能化特性。本专利技术的又一目的是提供石墨毡，其中基于先进的能量存储和收集装置、高效的过滤和纯化介质、平价且常见的有机和柔性电子产品、高效的无贵金属催化平台、以及高灵敏度的气体和化学传感器等应用，易于调节/定制上述特性。本专利技术的又一目的是提供一种由仅具有纳米和微纤维结构的石墨烯材料生产石墨毡的方法。本专利技术的又一目的是提供一种通过静电纺丝以及化学或物理交联工艺，合成不具纳米和微纤维结构的石墨烯材料，以制备用于生产石墨毡的纤维的方法。从以下详细的描述并结合附图，将更清楚的理解本专利技术上述及其他目的和优点。本专利技术的各种实施例提供了多个制备/合成石墨毡的方法，而不需任何有机/无机、氟化/非氟化粘合剂。根据本专利技术一实施例，一种合成石墨毡的方法包含以下步骤。分离预定量的石墨烯原料。石墨烯原料通过选自由梳理、机械分块、超声波处理、剪切以及摇动筛工艺所组成的群组的工艺/技术来分离。对分离的石墨烯原料的重量进行优化。使石墨烯原料功能化。对功能化的石墨烯原料进行加工，以提供石墨烯原料纳米或微纤维结构。加工过的石墨烯原料的纳米或微纤维结构在压实步骤期间缠结在一起，以形成石墨毡。使用一工艺对石墨烯原料进行解聚，以实现石墨烯原料均匀的粒度分布和均匀的材料密度。将解聚的石墨烯材料倒入预先设计的模具中进行机械压实。模具选自由正压模具和负压模具所组成的群组。石墨毡用化学试剂处理2-3小时，以增强表面特性。化学试剂在石墨毡的表面上引入官能团。所述官能团以氮和氧为基础。在2-3小时后用蒸馏水洗涤石墨毡，以去除过量的化学试剂。石墨毡表面的官能团使石墨毡亲水。分析石墨毡的孔隙率、厚度、表面积和密度。根据本专利技术一实施例，石墨烯原料的预定量在97％w/w-100％w/w的范围内，并且其中可选择在石墨烯原料中加入交联剂。交联剂对于石墨烯材料具有纳米和微纤维的性质。根据本专利技术一实施例，在没有任何粘合剂材料的情况下合成的石墨毡表现出高导热率和电导率。根据本专利技术一实施例，石墨烯原料选自由石墨烯片、石墨烯带、石墨烯片材、石墨烯泡沫、石墨烯海绵、石墨烯气凝胶、石墨烯3D结构、膨胀石墨、交联石墨烯片、洋葱状石墨烯以及石墨烯球所组成的群组。根据本专利技术一实施例，解聚工艺选自由机械分块、超声波处理、剪切以及摇动筛工艺所组成的群组。在解聚过程期间，石墨烯材料的团块被分解成具有预定(预设)粒度的小块。根据本专利技术一实施例，机械压实的方法选自由真空压实、压缩、压制、辊压以及注射成型的工艺所组成的群组。机械压实后会得到石墨毡。根据本专利技术一实施例，化学试剂选自由酸和碱所组成的群组。根据一实施例，用于处理石墨毡的酸为H2SO4，以及用于处理石墨毡的碱为KOH。根据本专利技术一实施例，石墨毡表现出5-200pm的孔隙率。根据本专利技术一实施例，石墨毡的厚度在0.5mm-15mm的范围内。根据本专利技术一实施例，石墨毡的表面积在10-100m2/g的范围内。根据本专利技术一实施例，石墨毡的密度在0.02g/cm3-0.2g/cm3的范围内。根据本专利技术一实施例，提供一种制备/制造/合成无粘合剂的石墨毡的方法，其中石墨烯材料选自由石墨烯片、石墨烯带、石墨烯薄片、石墨烯泡沫、石墨烯海绵、石墨烯气凝胶、石墨烯3D结构、高度膨胀石墨、交联石墨烯片、洋葱状石墨烯以及石墨烯球及其衍生物所组成的群组。根据本专利技术一实施例，提供一种在石墨毡的制备/制造/合成期间使石墨烯材料解聚的方法，以实现石墨烯材料均匀的粒度分布，并且其中所述解聚工艺选自由机械分块、超声波处理、剪切以及摇动筛工艺及其组合所组成的群组。根据本专利技术一实施例，一种用于制备/合成石墨毡的初级石墨烯材料的模塑方法，其中所述模塑工艺是真空压实、压缩、压制、辊压以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成石墨毡的方法，所述方法包含以下步骤：/n分离一预定量的石墨烯原料，并且其中所述石墨烯原料的通过选自由梳理、机械分块、超声波处理、剪切以及摇动筛工艺所组成的群组的工艺来分离；对所述分离的石墨烯原料的重量进行优化；使所述用作前体材料的石墨烯原料功能化，并且其中加工所述功能化的石墨烯原料，以提供石墨烯原料纳米或微纤维结构，并且其中所述加工的石墨烯原料的纳米或微结构在压实过程期间缠结以形成石墨毡，并且其中不含纳米和微纤维结构的石墨烯材料通过静电纺丝以及化学或物理交联工艺，以制备具有纳米和微结构的纤维，并用于生产所述石墨毡；/n对石墨烯原料进行解聚，以实现石墨烯原料均匀的粒度分布和均匀的材料密度；/n将所述解聚的石墨烯材料倒入预先设计好的模具中进行机械压实，并且其中所述模具选自由正压模具和负压模具所组成的群组；/n用化学试剂处理所述石墨毡，以增强预设时间周期内的表面特性，并且其中所述预设时间周期为2-3小时；以及/n在预设时间周期后用蒸馏水洗涤所述石墨毡，以在所述石墨毡表面上引入官能团元素(氧)，并且其中在所述石墨毡表面上引入所述官能团以所述使石墨毡亲水，并且其中分析所述石墨毡的孔隙率、厚度、表面积以及密度。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181115 IN 2018110430511.一种合成石墨毡的方法，所述方法包含以下步骤：
分离一预定量的石墨烯原料，并且其中所述石墨烯原料的通过选自由梳理、机械分块、超声波处理、剪切以及摇动筛工艺所组成的群组的工艺来分离；对所述分离的石墨烯原料的重量进行优化；使所述用作前体材料的石墨烯原料功能化，并且其中加工所述功能化的石墨烯原料，以提供石墨烯原料纳米或微纤维结构，并且其中所述加工的石墨烯原料的纳米或微结构在压实过程期间缠结以形成石墨毡，并且其中不含纳米和微纤维结构的石墨烯材料通过静电纺丝以及化学或物理交联工艺，以制备具有纳米和微结构的纤维，并用于生产所述石墨毡；
对石墨烯原料进行解聚，以实现石墨烯原料均匀的粒度分布和均匀的材料密度；
将所述解聚的石墨烯材料倒入预先设计好的模具中进行机械压实，并且其中所述模具选自由正压模具和负压模具所组成的群组；
用化学试剂处理所述石墨毡，以增强预设时间周期内的表面特性，并且其中所述预设时间周期为2-3小时；以及
在预设时间周期后用蒸馏水洗涤所述石墨毡，以在所述石墨毡表面上引入官能团元素(氧)，并且其中在所述石墨毡表面上引入所述官能团以所述使石墨毡亲水，并且其中分析所述石墨毡的孔隙率、厚度、表面积以及密度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯原料的预定量在97％w/w-100％w/w的范围内。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含向所述石墨烯原料中添加交联剂。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述交联剂为二价金属离子或三价金属离子。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述二价金属离子为Mg2+或Ca2，并且其中所述三价金属离子为F...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克夏·维维克·僧家罗，安舒尔·库玛·夏尔玛，库纳尔·保罗，阿尔文德·巴尔德瓦杰，赛德·沙贾尔·阿里·伊玛目，赫曼特·查拉亚，
申请(专利权)人：对数九物质科学私人有限公司，
类型：发明
国别省市：印度;IN