高度取向的氧化石墨烯膜以及由其衍生的石墨膜的生产的制作方法

文档序号:15079027发布日期:2018-08-03 11:05阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种用于生产高度取向的氧化石墨烯膜的方法,所述方法包括:

(a)制备具有分散在流体介质中的氧化石墨烯片的氧化石墨烯分散体或具有溶解在流体介质中的氧化石墨烯分子的氧化石墨烯凝胶,其中所述氧化石墨烯片或氧化石墨烯分子含有按重量计高于5%的氧含量;

(b)将所述氧化石墨烯分散体或氧化石墨烯凝胶分配到以第一线速度在第一方向上旋转的施加辊的表面上以形成氧化石墨烯的施加层,其中所述施加辊将所述氧化石墨烯的施加层转移到以第二线速度在与所述第一方向相反的第二方向上驱动的支承膜的表面上,以在所述支承膜上形成氧化石墨烯的湿层;并且

(c)至少部分地从该氧化石墨烯的湿层中去除所述流体介质以形成具有通过X射线衍射确定的0.4nm至1.2nm的平面间间距d002和按重量计不少于5%的氧含量的氧化石墨烯的干燥层。

2.如权利要求1所述的方法,其中所述支承膜由反向旋转的支承辊驱动,所述支承辊设置在距所述施加辊的工作距离处并且在与所述第一方向相反的所述第二方向上旋转。

3.如权利要求1所述的方法,其中将所述氧化石墨烯分散体或氧化石墨烯凝胶分配到所述施加辊的所述表面上的所述步骤包括使用计量辊和/或刮刀以在所述施加辊表面上提供期望厚度的所述氧化石墨烯的施加层。

4.如权利要求1所述的方法,其中所述方法包括操作2、3或4个辊。

5.如权利要求1所述的方法,其中所述方法包括逆转辊转移涂覆程序。

6.如权利要求1所述的方法,其中所述支承膜由供给辊供给,并且由所述支承膜支承的所述氧化石墨烯的干燥层被卷绕在卷绕辊上,并且所述方法以卷到卷的方式进行。

7.如权利要求1所述的方法,其中定义为(所述第二线速度)/(所述第一线速度)的速度比是从1/5至5/1。

8.如权利要求7所述的方法,其中该速度比大于1/1且小于5/1。

9.如权利要求1所述的方法,还包括以下步骤:在老化室中在从25℃至55℃的老化温度和从20%至99%的湿度水平下老化所述氧化石墨烯的湿层或干燥层持续1小时至7天的老化时间以形成氧化石墨烯的老化层。

10.如权利要求1所述的方法,还包括步骤(d):在高于55℃但不大于2,200℃的第一热处理温度下热处理该氧化石墨烯的干燥层持续期望的一段时间以产生具有小于0.4nm的平面间间距d002和按重量计小于5%的氧含量的石墨膜。

11.如权利要求9所述的方法,还包括步骤(d):在高于55℃但不大于2,200℃的第一热处理温度下热处理该氧化石墨烯的老化层持续期望的一段时间以产生具有小于0.4nm的平面间间距d002和按重量计小于5%的氧含量的石墨膜。

12.如权利要求1所述的方法,其中所述流体介质还含有原生石墨烯片并且原生石墨烯与氧化石墨烯的比率为从1/100至100/1。

13.如权利要求10所述的方法,还包括以下步骤:在高于2,200℃的第二热处理温度下热处理该石墨膜持续一段时间,所述时间足以用于将平面间间距d002减小至从0.3354nm至0.36nm的值并且将氧含量减小至按重量计小于2%。

14.如权利要求11所述的方法,还包括以下步骤:在高于2,200℃的第二热处理温度下热处理该石墨膜持续一段时间,所述时间足以用于将平面间间距d002减小至从0.3354nm至0.36nm的值并且将氧含量减小至按重量计小于2%。

15.如权利要求1所述的方法,其中所述流体介质由水和/或醇组成。

16.如权利要求10所述的方法,还包括在所述步骤(d)期间或之后的压缩步骤,以减小所述石墨膜的厚度。

17.如权利要求11所述的方法,还包括在所述步骤(d)期间或之后的压缩步骤,以减小所述石墨膜的厚度。

18.如权利要求13所述的方法,还包括在所述第二热处理温度下热处理所述石墨膜期间或之后的压缩步骤以减小所述石墨膜的厚度。

19.如权利要求14所述的方法,还包括在所述第二热处理温度下热处理所述石墨膜期间或之后的压缩步骤以减小所述石墨膜的厚度。

20.如权利要求1所述的方法,其中所述氧化石墨烯分散体中的所述氧化石墨烯片基于组合的氧化石墨烯片和液体介质的总重量计占0.1%至25%的重量分数。

21.如权利要求20所述的方法,其中所述氧化石墨烯分散体中的所述氧化石墨烯片基于组合的氧化石墨烯片和液体介质的总重量计占0.5%至15%的重量分数。

22.如权利要求20所述的方法,其中所述氧化石墨烯分散体中的所述氧化石墨烯片基于组合的氧化石墨烯片和液体介质的总重量计占3%至15%的重量分数。

23.如权利要求1所述的方法,其中所述氧化石墨烯分散体或氧化石墨烯凝胶具有分散在所述流体介质中的按重量计大于3%的氧化石墨烯以形成液晶相。

24.如权利要求10所述的方法,其中所述石墨膜具有从100μm至500μm的厚度。

25.如权利要求11所述的方法,其中所述石墨膜具有从100nm至100μm的厚度。

26.如权利要求1所述的方法,其中所述氧化石墨烯分散体或氧化石墨烯凝胶通过以下方式制备:在反应容器中在反应温度下将呈粉末或纤维形式的石墨材料浸入氧化液体中持续一段时间,所述时间足以获得所述氧化石墨烯分散体或所述氧化石墨烯凝胶,其中所述石墨材料选自天然石墨、人造石墨、中间相碳、中间相沥青、中间相碳微球、软碳、硬碳、焦炭、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、或其组合。

27.如权利要求10所述的方法,其中所述第一热处理温度包含在500℃-1,500℃范围内的温度,并且该石墨膜具有小于1%的氧含量、小于0.345nm的石墨烯间间距、至少1,000W/mK的热导率、和/或不小于3,000S/cm的电导率。

28.如权利要求11所述的方法,其中所述第一和/或第二热处理温度包含在1,500℃-2,200℃范围内的温度,并且该石墨膜具有小于0.01%的氧含量、小于0.337nm的石墨烯间间距、至少1,300W/mK的热导率、和/或不小于5,000S/cm的电导率。

29.如权利要求10所述的方法,其中所述第二热处理温度包含大于2,500℃的温度,并且该石墨膜具有不大于0.001%的氧含量、小于0.336nm的石墨烯间间距、不大于0.7的嵌镶展度值、至少1,500W/mK的热导率、和/或不小于10,000S/cm的电导率。

30.如权利要求11所述的方法,其中所述第一和/或第二热处理温度包含不小于2,500℃的温度,并且该石墨膜具有小于0.336nm的石墨烯间间距、不大于0.4的嵌镶展度值、大于1,600W/mK的热导率、和/或大于10,000S/cm的电导率。

31.如权利要求13所述的方法,其中该石墨膜展现出小于0.337nm的石墨烯间间距和小于1.0的嵌镶展度值。

32.如权利要求14所述的方法,其中该石墨膜展现出不小于80%的石墨化度和/或小于0.4的嵌镶展度值。

33.如权利要求13所述的方法,其中该石墨膜展现出不小于90%的石墨化度和/或不大于0.4的嵌镶展度值。

34.如权利要求10所述的方法,其中所述氧化石墨烯分散体或氧化石墨烯凝胶从具有最大原始石墨晶粒尺寸的石墨材料获得,并且所述石墨膜是具有比所述最大原始晶粒尺寸更大的晶粒尺寸的多晶石墨烯结构。

35.如权利要求11所述的方法,其中所述氧化石墨烯分散体或氧化石墨烯凝胶从具有多个石墨微晶的石墨材料获得,这些石墨微晶不展现出通过X射线衍射或电子衍射方法确定的优选的晶体取向,并且其中所述石墨膜是具有通过所述X射线衍射或电子衍射方法确定的优选的晶体取向的单晶或多晶石墨烯结构。

36.如权利要求10所述的方法,其中所述热处理步骤引起氧化石墨烯片或氧化石墨烯分子以边对边的方式的化学连接、合并或化学键合。

37.如权利要求11所述的方法,其中所述热处理步骤引起氧化石墨烯片或氧化石墨烯分子以边对边的方式的化学连接、合并或化学键合。

38.如权利要求12所述的方法,其中所述石墨膜具有大于5,000S/cm的电导率、大于800W/mK的热导率、大于1.9g/cm3的物理密度、大于80MPa的拉伸强度、和/或大于60GPa的弹性模量。

39.如权利要求13所述的方法,其中所述石墨膜具有大于8,000S/cm的电导率、大于1,200W/mK的热导率、大于2.0g/cm3的物理密度、大于100MPa的拉伸强度、和/或大于80GPa的弹性模量。

40.如权利要求14所述的方法,其中所述石墨膜具有大于12,000S/cm的电导率、大于1,500W/mK的热导率、大于2.1g/cm3的物理密度、大于120MPa的拉伸强度、和/或大于120GPa的弹性模量。

41.一种通过如权利要求13所述的方法生产的石墨膜。

42.一种通过如权利要求14所述的方法生产的石墨膜。

43.一种热管理装置,含有如权利要求41所述的石墨膜。

44.一种热管理装置,含有如权利要求42所述的石墨膜。

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