石墨烯层压体结构制造技术

提供了形成石墨烯层压体组合物和架构的方法。所述方法包括：(i)使包括一个或多个平面石墨烯片的石墨烯结构与第一中间层材料接触；(ii)导电材料沉积，其中沿着所述石墨烯的边缘和所述第一中间层的一端沉积所述导电材料；以及(iii)使所述石墨烯结构与第二中间层材料接触。还提供了包括掺杂的石墨烯膜的石墨烯层压体结构，所述石墨烯层压体结构具有改进的机械强度、电迁移率和光学透明度。电迁移率和光学透明度。电迁移率和光学透明度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨烯层压体结构


[0001]本公开涉及具有改进的机械强度、电迁移率和光学透明度的石墨烯层压体组合物和架构，并且涉及制备所述石墨烯层压体组合物和架构的方法。

技术介绍

[0002]许多应用要求层压窗户材料是光学透明的(为了视觉清晰度)、坚固的(为了保护、安全性和长寿命)和导电的(为了减少电磁干扰，即EMI屏蔽)。例如，军事和安全应用经常需要既能防弹又能防震，并阻止电磁辐射的传输的光学透明的窗户。能够屏蔽EMI的窗户通常由在透明衬底(包括但不限于玻璃、丙烯酸和玻璃
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聚合物层压体)上或掺入到所述透明衬底中的导电金属或材料(包括但不限于铜或银)的薄膜或栅格构成。
[0003]EMI屏蔽膜在屏蔽效果与光学透明度之间有一个固有的权衡。对于给定材料，可通过使材料更厚来提高屏蔽效果，但是以降低光学透明度为代价。人们希望新材料能相对于目前的技术状态，在给定的屏蔽效果下产生更高的光学透明度。
[0004]层压玻璃架构(例如，防弹和/或防爆玻璃)面临着类似的权衡：可通过添加较厚或附加的玻璃或塑料层来提高防弹和防爆保护，但是以降低光学透明度和物重为代价。需要当被掺入到标准架构中时能在实现相同的保护的同时产生更高的光学透明度的新材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种形成石墨烯层压体结构的方法，所述石墨烯层压体结构例如在被掺入到层压窗户中时提供EMI屏蔽。另一个目的是提供可提供EMI屏蔽的石墨烯层压体和经层压的窗户面板。在另一方面，本专利技术提供了一种经层压的窗户面板，所述经层压的窗户面板提供EMI屏蔽以及抗冲击性、防爆性和防弹性中的至少一种或多种。
[0006]本专利技术提供了一种用于生产石墨烯层压体的方法，所述方法包括：(i)使包括一个或多个平面石墨烯片的石墨烯结构与第一中间层材料接触；(ii)导电材料沉积，其中沿着所述石墨烯的边缘和所述第一中间层的一端沉积所述导电材料；以及(iii)使所述石墨烯结构与第二中间层材料接触。
[0007]本专利技术进一步提供了一种石墨烯层压体结构，所述石墨烯层压体结构包括：在第一中间层与第二中间层之间的一个或多个石墨烯层；以及沿着所述石墨烯的边缘和所述中间层的一端的导电材料。将所述石墨烯层压体结构掺入到层压窗户结构中以提供EMI屏蔽，并且优选地提供抗冲击性、防爆性和防弹性中的至少一种或多种。
[0008]通过参考下面对附图的详细说明，将获得对本专利技术以及本专利技术的进一步特征和优点的更完整的理解。
附图说明
[0009]图1是石墨烯层压体结构的示意图。
[0010]图2A
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2D是用于导电接地材料的示例性空间实施方案的图示。
[0011]图3是经层压的玻璃面板的示意图。
[0012]图4是替代的经层压的玻璃面板的示意图。
[0013]图5是另外的替代的经层压的玻璃面板的示意图。
具体实施方式
[0014]本文提供了包括掺杂的石墨烯膜的石墨烯层压体结构，其具有改进的机械强度、电迁移率和光学透明度。进一步提供了形成包括掺杂的石墨烯膜的石墨烯层压体的方法。
[0015]还提供了石墨烯层压体结构，所述石墨烯层压体结构包括：
[0016]插置在第一中间层与第二中间层之间的一个或多个石墨烯层；以及沿着所述石墨烯层的至少一个边缘的导电材料。
[0017]还提供了层压窗户，所述层压窗户包括：
[0018]插置在第一中间层与第二中间层之间的一个或多个石墨烯层；
[0019]沿着所述石墨烯层的至少一个边缘的导电材料；
[0020]与所述第一中间层和/或所述第二中间层相邻的一个或多个玻璃或聚碳酸酯面板。
[0021]石墨烯膜将机械强度、电迁移率和光学透明度(在所有可见波长下每层的吸收率为2.3％)组合到一种材料中。石墨烯膜已被证明能增加聚合物的强度。然而，为了使石墨烯充当高性能EMI屏蔽材料，它在所述膜的平面内应具有足够高的电导率(与石墨烯迁移率和载流子浓度的乘积成比例)。关于迁移率，经常对石墨烯列举的极高迁移率值是在它悬浮而不是它与衬底接触的条件下。要在与衬底接触时获得高迁移率值需要控制石墨烯电荷载流子通过衬底相互作用的散射，所述散射会降低迁移率值。关于载流子浓度，本征(未掺杂)石墨烯具有低载流子浓度。为了获得足够高的载流子浓度来充当高性能EMI屏蔽，可通过对石墨烯进行掺杂(供给电子以充当电荷载流子或借用电子以使得空穴充当电荷载流子)来改善。可将石墨烯掺杂至足够高的载流子浓度值，而不改变每层2.3％的光透射率，从而打开了提供强EMI屏蔽的高度光学透明的石墨烯膜的可能性。还可形成碱金属与多层石墨烯(如LiC6)的插层化合物，所述插层化合物如此强地被掺杂，以致于由于电子占据导带态而导致每层的光吸收大大降低到2.3％以下。
[0022]如本文所用的术语“石墨烯”是指由彼此共价结合的多个碳原子形成的多环芳族分子。共价结合的碳原子可形成6元环作为重复单元，或者可进一步包括5元环和7元环中的至少一者。因此，在石墨烯中，共价结合的碳原子(一般具有sp2杂化)形成单层。石墨烯可具有各种结构，所述结构根据可包含在石墨烯中的5元环和/或7元环的量来确定。石墨烯可具有单层(单层石墨烯)或多层(多层石墨烯，有时也称为少层石墨)。多层石墨烯中的石墨烯层各自占据约340pm，并且因此多层石墨烯(1
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50层)可具有约0.3nm至约170nm或者在其它方面约1nm至约30nm的厚度。相对于未经插层的多层石墨烯，对于LiC6来说，这些层间距增加了约10％(每层从340pm至370pm增加至370pm)。
[0023]如本文所用，术语“掺杂”是指通过向共轭键合π轨道的一部分供给电子或从中去除电子以向共轭化合物(例如多环芳族碳化合物，如石墨烯)提供导电性来提供电荷载流子的过程。在此，添加电子或去除电子的过程被称为“掺杂”。
[0024]如本文所用的术语“掺杂剂”是指有机掺杂剂、无机掺杂剂或包括前述中的至少一
者的组合。
[0025]图1例如提供示例性石墨烯层压体结构的图示，所述石墨烯层压体结构包括：(i)石墨烯结构，所述石墨烯结构包括与第一中间层材料相邻的一个或多个平面石墨烯片；(ii)沿着所述石墨烯的边缘和所述第一中间层的一端的导电材料；以及(iii)第二中间层材料。
[0026]可例如通过如下方式形成图1的石墨烯层压体结构：(i)使包括一个或多个平面石墨烯片的石墨烯结构与第一中间层材料接触；(ii)导电材料沉积，其中沿着所述石墨烯的边缘和所述第一中间层的一端沉积所述导电材料；以及(iii)使所述石墨烯结构与第二中间层材料接触。在实施方案中，步骤(ii)和(iii)可依序重复1
‑
5次。
[0027]根据示例性实施方案，所述石墨烯层压体包括第一中间层102、石墨烯结构104、第二中间层106、导电材料108和任选的导电接线片110。
[0028]所述第一和第二中间层材料可以是相同或不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成石墨烯层压体的方法，所述方法包括：(i)使包括一个或多个平面石墨烯片的石墨烯结构与第一中间层材料接触；(ii)导电材料沉积，其中沿着所述石墨烯的边缘和所述第一中间层的一端沉积所述导电材料；以及(iii)使所述石墨烯结构与第二中间层材料接触。2.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在所述石墨烯结构与所述第一中间层材料和所述第二中间层材料中的至少一者之间的液体粘合剂溶液。3.如权利要求2所述的方法，其中利用热量使所述液体粘合剂溶液固化。4.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在一个或多个石墨烯层之间的一个或多个间隔层。5.如权利要求1所述的方法，其中所述中间层包括一种或多种聚合物。6.如权利要求5所述的方法，其中所述聚合物选自由以下组成的组：聚酰胺、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚氨酯、聚乙烯醚、聚硫脲、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、PTFE、聚乙酸乙酯、聚乙酸乙烯酯和含氟聚合物。7.如权利要求6所述的方法，其中所述聚合物选自由以下组成的组：聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯乙酸乙烯酯、热塑性聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、热固性乙烯乙酸乙烯酯、聚碳酸酯和聚乙烯。8.如权利要求2所述的方法，其中所述液体粘合剂溶液包含溶剂和聚合物。9.如权利要求8所述的方法，其中所述聚合物选自由以下组成的组：聚酰胺、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚氨酯、聚乙烯醚、聚硫脲、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、PTFE、聚乙酸乙酯、聚乙酸乙烯酯和含氟聚合物。10.如权利要求9所述的方法，其中所述聚合物选自由以下组成的组：聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯
‑
乙酸乙烯酯、热塑性聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、热固性乙烯
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乙酸乙烯酯、聚碳酸酯和聚乙烯。11.如权利要求5所述的方法，其中所述中间层中的一个或两个进一步包括碱金属盐。12.如权利要求11所述的方法，其中所述碱金属盐中的阳离子选自由以下组成的组：Na、Cs、Li、K和Rb。13.如权利要求12所述的方法，其中所述碱金属盐中的阴离子选自由以下组成的组：高氯酸根、碘离子和碳酸根。14.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯片被碱金属离子插层。15.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯结构包括1
‑
50个平面石墨烯片。16.如权利要求1所述的方法，其中将所述一个或多个平面石墨烯片单独地施加至所述中间层材料上。17.如权利要求1所述的方法，其中将所述一个或多个平面石墨烯片作为多层石墨烯的生长物施加至所述中间层上，其中所述多层石墨烯包括1
‑
50个平面石墨烯片。18.如权利要求1所述的方法，其中将步骤(ii)和步骤(iii)两者依序重复1
‑
5次。19.如权利要求14所述的方法，其中由所述石墨烯片和碱金属离子形成的化合物选自由以下组成的组：LiC
72
、LiC
36
、LiC
18
、LiC
12
和/或LiC6。20.如权利要求1所述的方法，其中所述导电材料选自由金属或粘合带组成的组。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述金属选自由以下组成的组：铜、银或铝。22.如权利要求1所述的方法，其中所述导电材料沉积选自物理气相沉积、热蒸发、溅射和电镀。23.如权利要求3所述的方法，其中将所述液体粘合剂固化至130℃至160℃范围内的最终温度。24.如权利要求23所述的方法，其中将...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：纽约州州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：