用于剥离和/或功能化层状物体的方法及相关装置制造方法及图纸

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于剥离和/或功能化层状物体的方法及相关装置


[0001]本专利技术涉及生产旨在掺入复合材料，特别是聚合物复合材料中的纳米填充剂的领域。所述纳米填充剂特别指层状材料，例如石墨烯或石墨烯材料。
[0002]本专利技术还涉及这种纳米填充剂的处理，特别是剥离和/或功能化。

技术介绍

[0003]通过化学酸和/或氧化处理对层状材料进行湿式功能化是由现有技术已知的。所述处理需要使用有害的化合物，这些化合物需要严格的操作条件并对环境有重大影响。
[0004]通过等离子体处理对层状材料进行功能化也是由现有技术已知的。这些等离子体处理方法涉及等离子体与待处理材料表面的相互作用，导致等离子体的活性物质与待处理材料发生反应。
[0005]通过超声对层状材料进行剥离的技术是由现有技术已知的。这种方法效率有限，因为它需要若干步骤才能获得所需的结果。
[0006]现有技术还包括微机械剥离，通过该剥离，石墨烯片通过分离一层或一组石墨片或石墨烯材料片而实现机械分离。这种方法在工业规模上是不可行的。
[0007]本专利技术的目的尤其是：
[0008]‑
免除使用有害或对环境有重大影响的化合物，和/或
[0009]‑
获得具有很少层的层状材料，和/或
[0010]‑
从宏观层状材料开始获得具有很少层的层状材料，和/或
[0011]‑
使层状材料功能化，和/或
[0012]‑
在单个步骤中获得层状材料和/或在单个步骤中使层状材料功能化和/或在单个步骤中获得经功能化的层状材料，和/或
[0013]‑
在获得的层状材料和/或获得的经功能化的层状材料中几乎不引入结构缺陷，和/或
[0014]‑
能量不是很密集，但实施容易且简单，和/或
[0015]‑
控制获得的层状材料和/或获得的经功能化的层状材料。

技术实现思路

[0016]为此，提出了用于剥离和/或功能化层状物体的方法，包括以下步骤：
[0017]‑
将第一电极的至少一部分浸没在含有待剥离和/或待功能化的层状物体的液体中，
[0018]‑
在液体外放置第二电极；第二电极的至少一部分与液体的表面相对，
[0019]‑
通过在第一电极和第二电极之间施加电压差，在与液体表面相对的第二电极的至少一部分和液体的所述表面之间产生等离子体。
[0020]优选地，第一电极的电压大于第二电极的电压。
[0021]第一电极的电压可以小于第二电极的电压，以使剥离大于功能化。第一电极的电
压可以小于第二电极的电压，以降低或不再获得功能化。换言之，第一电极的电压可以小于第二电极的电压，以便在实施该方法期间主要或排他地进行层状物体的剥离。
[0022]根据本专利技术，层状是指结构包含平行的层的物体。
[0023]第二电极和/或第一电极的部分可以放置在与液体的表面接触的气体中。
[0024]与液体表面相对的第二电极的至少一部分可以是：
[0025]‑
第二电极的端部，和/或
[0026]‑
与液体的表面相对的电极表面的全部或部分。
[0027]根据本专利技术：
[0028]‑
第一电极和第二电极之间的电压差大于1000伏，和/或
[0029]‑
与液体表面相对的第二电极的至少一部分与液体表面之间的距离d1大于1μm，和/或
[0030]‑
第一电极和第二电极之间的电压差的施加时间长于10皮秒，和/或
[0031]‑
两次连续的在第一电极和第二电极之间施加电压差之间的时间间隔大于0.1ns，和/或
[0032]‑
放置第二电极的气体的压力大于1帕(Pa)和/或小于1
×
107Pa。
[0033]优选地，第一电极和第二电极之间的电压差可以根据气体压力和距离d1的乘积进行调整，或者反之亦然，以便产生等离子体，即以满足气体的击穿条件。
[0034]优选地，放置第二电极的气体是与液体的表面接触的气体。
[0035]放置第二电极的气体的非限制性实例可以是空气，氮气，稀有气体例如氙气、氪气、氩气、氖气或氦气，或气体混合物。
[0036]第一电极和/或第二电极可以包含耐火材料，优选地包含占主要比例的耐火材料。
[0037]第一电极和/或第二电极可以主要或基本上由耐火材料构成。
[0038]第一电极和第二电极可以包含钨和/或碳。
[0039]待剥离和/或待功能化的层状物体可以包括石墨、黏土材料、过渡金属硫属化物、层状硅酸盐和/或石墨烯材料。
[0040]优选地，待剥离和/或待功能化的层状物体主要或基本上包括石墨、黏土材料、过渡金属硫属化物、层状硅酸盐和/或石墨烯材料。待剥离和/或待功能化的层状物体可以主要或基本上由石墨、黏土材料、过渡金属硫属化物、层状硅酸盐和/或石墨烯材料构成。
[0041]根据本专利技术，经剥离的层状物体和/或经功能化的层状物体的层数小于25。
[0042]待剥离和/或待功能化的层状物体可以包括石墨和/或石墨烯材料，并且经剥离和/或经功能化的物体可以是由石墨烯制成的。
[0043]在本申请的框架内，认为石墨烯是由数量小于25的层组成。
[0044]待剥离和/或待功能化的层状物体的至少一个尺寸可以大于100纳米。
[0045]待功能化和/或待剥离的层状物体可以单个尺寸大于100纳米或两个尺寸大于100纳米或三个尺寸大于100纳米。
[0046]方法可以包括调节：
[0047]‑
第一电极和第二电极之间的电压差，以便：
[0048]●
通过增加或减小第一电极和第二电极之间的电压差来增加液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
[0049]●
通过减小或增加第一电极和第二电极之间的电压差来减少液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
[0050]‑
放置第二电极的气体的性质和/或放置第二电极的气体的压力，以便：
[0051]●
通过降低气体的击穿电压来增加液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
[0052]●
通过提高气体的击穿电压来减少液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
[0053]‑
含有待剥离和/或待功能化的层状物体的液体的性质和/或含有待剥离和/或待功能化的层状物体的液体的电导率，以便：
[0054]●
通过添加一种或多于一种酸降低pH和/或通过添加一种或多于一种盐增加液体的电导率来增加液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
[0055]●
通过添加一种或多于一种碱提高pH和/或通过降低溶液的盐度以降低液体的电导率来减少液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于剥离和/或功能化层状物体的方法，其包括以下步骤：
‑
将第一电极(5)的至少一部分(4)浸没在含有待剥离和/或待功能化的层状物体的液体(3)中，
‑
在液体外放置第二电极(6)；第二电极的至少一部分(7)与液体的表面(8)相对，
‑
通过在第一电极和第二电极之间施加脉冲电压差，在与液体表面相对的第二电极的至少一部分和液体的所述表面之间产生等离子体(9)。2.根据权利要求1所述的方法，其中：
‑
第一电极(5)和第二电极(6)之间的电压差大于1000伏，和/或
‑
与液体(3)的表面(8)相对的第二电极的至少一部分(7)与液体表面之间的距离d1大于1μm，和/或
‑
第一电极和第二电极之间的电压差的施加时间长于10皮秒，和/或
‑
两次连续的在第一电极和第二电极之间施加脉冲电压差之间的时间间隔大于0.1ns，和/或
‑
放置第二电极的气体(2)的压力大于1帕(Pa)和/或小于1
×
107Pa。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中第一电极(5)和/或第二电极(6)包含耐火材料，优选地包含占主要比例的耐火材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中第一电极(5)和/或第二电极(6)包含钨和/或碳。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中待剥离和/或待功能化的层状物体包括石墨、黏土材料、过渡金属硫属化物、层状硅酸盐和/或石墨烯材料。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中待剥离和/或待功能化的层状物体包括石墨和/或石墨烯材料，并且其中经剥离和/或经功能化的物体是由石墨烯制成的。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中待剥离和/或待功能化的层状物体的至少一个尺寸大于100纳米。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括调节：
‑
第一电极(5)和第二电极(6)之间的电压差，以便：
●
通过增加或减小第一电极和第二电极之间的电压差来增加液体(3)中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
●
通过减小或增加第一电极和第二电极之间的电压差来减少液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
‑
放置第二电极的气体(2)的性质和/或放置第二电极的气体的压力，以便：
●
通过降低气体的击穿电压来增加液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
●
通过提高气体的击穿电压来减少液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
‑
含有待剥离和/或待功能化的层状物体的液体的性质和/或含有待剥离和/或待功能化的层状物体的液体的电导率，以便：
●
通过添加一种或多于一种酸降低pH和/或通过添加一种或多于一种盐增加液体的电导率来增加液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化，和/或
●
通过添加一种或多于一种碱提高pH和/或通过降低溶液的盐度以降低液体的电导率来减少液体中包含的层状物体的剥离和/或功能化。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其包括调节：
‑
第一电极(5)和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡纳，
申请(专利权)人：法国国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：