形成石墨烯及氧化石墨烯盐的方法、以及氧化石墨烯盐技术

通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物。接着，使用酸性溶液使第一沉淀物所包含的氧化剂电离，并从第一沉淀物去除氧化剂，来形成第二沉淀物。然后，通过以下制备分散有氧化石墨烯的分散液：将第二沉淀物和水混合形成混合液，然后对混合液施加超声波或机械搅拌混合液，使氧化石墨烯从氧化石墨分离，所述氧化石墨为第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨。接着，将分散液、碱性溶液及有机溶剂混合，并使分散液所包含的氧化石墨烯与碱性溶液所包含的碱彼此反应，由此形成氧化石墨烯盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物。接着，使用酸性溶液使第一沉淀物所包含的氧化剂电离，并从第一沉淀物去除氧化剂，来形成第二沉淀物。然后，通过以下制备分散有氧化石墨烯的分散液：将第二沉淀物和水混合形成混合液，然后对混合液施加超声波或机械搅拌混合液，使氧化石墨烯从氧化石墨分离，所述氧化石墨为第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨。接着，将分散液、碱性溶液及有机溶剂混合，并使分散液所包含的氧化石墨烯与碱性溶液所包含的碱彼此反应，由此形成氧化石墨烯盐。【专利说明】形成石墨烯及氧化石墨烯盐的方法、以及氧化石墨烯盐
本专利技术涉及一种形成石墨烯的方法和一种形成氧化石墨烯盐的方法、氧化石墨烯盐、以及包含石墨烯和氧化石墨烯盐的蓄电装置及半导体装置。
技术介绍
近年来，对将石墨烯用作半导体装置中的导电电子材料进行研究。石墨烯是各自由碳原子构成的六元环在平面方向上连接的碳层，2层或更多且100层或更少的碳层的叠层被称为多层石墨烯。由于石墨烯具有化学稳定性和有利的电特性，所以被期待应用于包含在半导体装置中的晶体管的沟道区、通孔、布线等。为了使用于锂离子电池的电极的材料可具有高导电性，由石墨烯覆盖活性电极材料。形成石墨烯的方法为在碱存在下将氧化石墨或氧化石墨烯还原。为了形成氧化石墨，可以采用如下方法:将硫酸、硝酸及氯酸钾用作氧化剂的方法；将硫酸及高锰酸钾用作氧化剂的方法；以及将氯酸钾及发烟硝酸用作氧化剂的方法(参照专利文献I)。 日本专利申请公开第2011-500488号。专利技术公开内容 作为通过使用由采用石墨和作为氧化剂的硫酸及高锰酸钾获得的氧化石墨来形成石墨烯的方法，有Modified Hummers法。参照图3对利用Modified Hummers法形成石墨烯的方法进行说明。如步骤SlOl所示，使用氧化剂将石墨氧化，来形成包含氧化石墨的混合液I。然后，为了去除残留的氧化剂，对混合液I添加过氧化氢及水，来形成混合液2。未反应的高锰酸钾被过氧化氢还原，然后被还原的高锰酸钾与硫酸起反应，而能够形成硫酸锰。接着，如步骤S102所示，从混合液2收集氧化石墨。接着，如步骤S103所示，为了去除残留的氧化剂，使用酸性溶液对氧化石墨进行洗涤。然后，用大量的水稀释氧化石墨并对其进行离心分离，接着，如步骤S104所示，收集与酸分离的氧化石墨。接着，如步骤S105所示，对包含收集的氧化石墨的混合液施加超声波，然后分离氧化石墨中的氧化了的碳层，使得形成氧化石墨烯。然后，如步骤S106所示，在惰性气氛下进行还原处理用于还原键合于碳层的氧，来获得石墨稀。虽然步骤S103中的洗涤氧化石墨烯的步骤需要大量的水，但是通过重复进行步骤S103，能够从氧化石墨去除酸。然而，当其酸含量降低时，难以将作为沉淀物的氧化石墨与包含在上清液中的酸分离；因此，氧化石墨的收率有可能低。这导致石墨烯的低收率。蓄电装置所包括的电极包含集电体及活性物质层。在常规电极的情况下，活性物质层除了活性物质以外还包含 导电助剂、粘合剂等，该导电助剂、粘合剂等是活性物质层的每单位重量的放电容量下降的原因。再者，活性物质层所包含的粘合剂在与电解液接触时会溶胀，使电极容易变形及破坏。鉴于上述问题，本专利技术的一个实施方案的目的是高生产率地形成石墨烯及作为石墨烯原料的氧化石墨烯盐。本专利技术的一个实施方案的另一目的是高生产率地提供作为能够形成石墨烯的原料的氧化石墨烯盐。本专利技术的一个实施方案的另一目的是提供具有更高的放电容量和有利的电特性的蓄电装置。本专利技术的一个实施方案的另一目的是提供具有高可靠性和高耐久性的蓄电装置。本专利技术的一个实施方案的氧化石墨烯盐由通式(Gl)表示。 Cri — A — B (Gl) (在式中，η为自然数，A表不羰基、羧基和羟基中的一个，B表不铵基、氨基或碱金属。)就是说，本专利技术的一个实施方案的氧化石墨烯盐包括以下作为骨架结构:在上述通式中以Cn表示的石墨烯；在上述通式中以A表示的键合于石墨烯中的碳原子的羰基、羧基或羟基；在上述通式中以B表示的与羰基、羧基和羟基中的一个键合的铵基、氨基或碱金属。石墨烯包含在平面方向上连接的各自由碳原子构成的六元环，以及在六元环的部分中的碳键断开时各自形成的多元环，诸如七元环、八元环、九元环及十元环等。以该多元环中的碳原子围绕的区域成为隙孔。当在还原气氛或真空下加热氧化石墨烯盐时，该氧化石墨烯盐被还原而成为石墨烯。因此，通过在还原气氛或真空下进行焙烧，能够使氧化石墨烯盐还原而生成石墨烯。本专利技术的一个实施方案是通过如下步骤形成氧化石墨烯盐的方法。首先，通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物。接下来，使用酸性溶液使包含于第一沉淀物的包含碱金属盐的氧化剂电离，并从第一沉淀物去除包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物。然后，通过以下制备分散有氧化石墨烯的分散液:将第二沉淀物和水混合形成混合液，然后对该混合液施加超声波或机械搅拌该混合液，来使氧化石墨烯从氧化石墨分离，所述氧化石墨为第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨。接下来，将分散液、碱性溶液及有机溶剂混合，并使分散液所包含的氧化石墨烯与碱性溶液所包含的碱相互起反应，由此形成氧化石墨烯盐。本专利技术的另一实施方案是通过如下步骤形成氧化石墨烯盐的方法。首先，通过在溶液中将石墨和氧化剂混合，来制备包含具有氧化石墨及氧化剂的第一沉淀物的第一混合液。接下来，从第一混合液收集第一沉淀物，然后使用酸性溶液从第一沉淀物去除氧化剂，来形成包含氧化石墨的第二沉淀物。然后，将第二沉淀物和水混合，然后对混合液施加超声波或机械搅拌混合液，来使氧化石墨烯从氧化石墨分离，由此制备分散有氧化石墨烯的第二混合液。接下来，将碱性溶液及有机溶剂与第二混合液混合，并使第二混合液所包含的氧化石墨烯和碱相互起反应来使氧化石墨烯盐沉淀，由此收集氧化石墨烯盐。本专利技术的另一实施方案是通过如下步骤形成氧化石墨烯盐的方法。首先，通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物，并且，使用酸性溶液使包含于第一沉淀物的包含碱金属盐的氧化剂电离，并从第一沉淀物去除包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物。接下来，通过以下形成包含氧化石墨盐的第三沉淀物:将第二沉淀物和水混合，然后混合碱性溶液和有机溶剂，使氧化石墨与碱性溶液起反应，所述氧化石墨为第二沉淀物所包含的被氧化的石墨。然后，将第三沉淀物和水混合，并使氧化石墨烯盐从第三沉淀物所包含的氧化石墨盐分离，由此形成氧化石墨烯。本专利技术的另一实施方案是通过如下步骤形成氧化石墨烯盐的方法。首先，通过在溶液中将石墨和氧化剂混合，来制备包含具有氧化石墨及氧化剂的第一沉淀物的第一混合液。接下来，从第一混合液收集第一沉淀物，然后使用酸性溶液从第一沉淀物去除氧化剂，来形成包含氧化石墨的第二沉淀物。然后，将第二沉淀物和水混合，然后混合碱性溶液及有机溶剂，使第二沉淀物所包含的氧化石墨和碱性溶液起反应，由此形成包含氧化石墨盐的第三沉淀物。接下来，将第三沉淀物和水混合，然后对混合液施加超声波或机械搅拌混合液，来使氧化石墨烯盐从第三沉淀物所包含的氧化石墨盐分离，由此制备分散有氧化石墨烯盐的第二混合液，并且，收集第二混合液所包含的氧化石墨烯盐。本专利技术的另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成氧化石墨烯盐的方法，其包括如下步骤：通过在溶液中将石墨和包含碱金属盐的氧化剂混合，来形成第一沉淀物；使用酸性溶液使所述第一沉淀物所包含的所述包含碱金属盐的氧化剂电离，并从所述第一沉淀物去除所述包含碱金属盐的氧化剂，来形成第二沉淀物；将所述第二沉淀物和水混合形成混合液；通过以下形成分散有氧化石墨烯的分散液：对所述混合液施加超声波或机械搅拌所述混合液，使所述氧化石墨烯从氧化石墨分离，所述氧化石墨为所述第二沉淀物中包含的并且被氧化的石墨；以及将所述分散液、碱性溶液及有机溶剂混合，并使所述分散液所包含的氧化石墨烯和所述碱性溶液所包含的碱相互起反应，来形成氧化石墨烯盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：野元邦治，井上信洋，汤川干央，池沼达也，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP