薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法、以及薄片化石墨、薄片化石墨分散液及薄片 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由如石墨和膨脹石墨這樣的具有石墨烯疊層結(jié)構(gòu)的碳材料獲得薄片化石墨的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法。
[0002]另外，涉及一種通過(guò)上述薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法獲得的薄片化石墨及薄片化石墨分散液、以及將上述薄片化石墨或上述薄片化石墨分散液與樹脂混合獲得的薄片化石墨-樹脂復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，由于能夠以較少的添加量有效地改善樹脂的機(jī)械性能，薄片化石墨受到關(guān)注。下述專利文獻(xiàn)I中公開有這種薄片化石墨的制造方法的一例。專利文獻(xiàn)I中記載的薄片化石墨的制造方法中，將石墨浸漬于硝酸等強(qiáng)酸性水溶液中并加熱。使硝酸離子等酸性離子插入到石墨的石墨烯之間。通過(guò)加熱插入有該硝酸離子的石墨，能夠剝離石墨并獲得石墨烯疊層數(shù)更少的薄片化石墨。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特表2009-511415號(hào)公報(bào)
[0007]發(fā)明的概要
[0008]發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0009]然而，專利文獻(xiàn)I中記載的薄片化石墨的制造方法中，石墨暴露在強(qiáng)酸中。因此，所獲得的薄片化石墨中，石墨烯被氧化。因此，若不進(jìn)行還原處理，則無(wú)法使其體現(xiàn)充分的導(dǎo)電性等。
[0010]并且，需要浸漬于強(qiáng)酸并加熱的復(fù)雜處理。
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)需還原處理就能夠輕松且可靠地獲得薄片化石墨的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法。并且，提供通過(guò)上述薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法獲得的薄片化石墨及薄片化石墨分散液、以及將上述薄片化石墨或上述薄片化石墨分散液與樹脂混合在一起獲得的薄片化石墨-樹脂復(fù)合材料。
[0012]用于解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案
[0013]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法包括:將具有石墨烯疊層結(jié)構(gòu)的碳材料浸漬于包含20°C下的表面張力為50mN/m以下的液態(tài)物的液體的工序；以及對(duì)浸漬于上述液體的碳材料照射電磁波來(lái)加熱該碳材料的工序，上述通過(guò)照射電磁波來(lái)加熱碳材料的工序中，使與碳材料接觸的上述液體氣化，由此對(duì)上述碳材料進(jìn)行薄片化。
[0014]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，優(yōu)選使用沸點(diǎn)在50°C?250°C的范圍的液體作為上述液體。
[0015]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，優(yōu)選上述具有石墨烯疊層結(jié)構(gòu)的碳材料為石墨、膨脹石墨或一次薄片化石墨。
[0016]在本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法的某一特定方面中，使用反應(yīng)性化合物作為上述液體。優(yōu)選在對(duì)上述碳材料進(jìn)行薄片化的工序中，使上述反應(yīng)性化合物化學(xué)鍵合于上述碳材料。作為上述反應(yīng)性化合物，優(yōu)選使用Diels-Alder反應(yīng)性化合物。還優(yōu)選使用Fiedel-Crafts反應(yīng)性化合物。
[0017]在本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法的某一特定方面中，作為上述液體，可使用溶劑。優(yōu)選上述溶劑包含選自碳原子數(shù)為8以下的醇類、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、溴苯、二溴苯、芐胺、甲基芐胺、N-甲基吡咯烷酮及N，N- 二甲基甲酰胺中的至少一種溶劑。
[0018]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，優(yōu)選在對(duì)上述碳材料進(jìn)行薄片化的工序中，使化合物化學(xué)鍵合于上述碳材料。
[0019]在本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法的某一特定方面中，使用自由基反應(yīng)性化合物作為上述化合物。
[0020]在本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法的某一特定方面中，可使用形成的上述化學(xué)鍵合為可逆性的化合物。
[0021]優(yōu)選形成上述可逆性化學(xué)鍵合的化學(xué)鍵合為使用Diels-Alder反應(yīng)性化合物得到的化學(xué)鍵合。
[0022]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，優(yōu)選形成上述化學(xué)鍵合的化學(xué)鍵合為使用Fiedel-Crafts反應(yīng)性化合物而得到的化學(xué)鍵合。
[0023]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，優(yōu)選形成上述可逆性化學(xué)鍵合的化學(xué)鍵合可以是使用環(huán)戊二烯基配位化合物得到的配位鍵合。
[0024]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法中，可在上述電磁波照射工序之后，還具備冷卻上述碳材料與上述液體的混合物的冷卻工序，此時(shí)，為了獲得上述薄片化石墨，可將電磁波照射工序及冷卻工序進(jìn)行多次。
[0025]在本發(fā)明所涉及的薄片化石墨的制造方法的其他特定方面中，可在照射上述電磁波時(shí)，上述碳材料與上述液體的混合物被局部冷卻。
[0026]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨通過(guò)本發(fā)明的薄片化石墨的制造方法而獲得。優(yōu)選相對(duì)于薄片化石墨100重量％，化學(xué)鍵合于上述薄片化石墨的化合物或反應(yīng)性化合物的含量為0.5?100重量％。
[0027]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨分散液的制造方法包括:將具有石墨烯疊層結(jié)構(gòu)的碳材料浸漬于包含20°C下的表面張力為50mN/m以下的液態(tài)物的液體的工序；以及對(duì)浸漬于上述液體的碳材料照射電磁波來(lái)加熱該碳材料的工序，上述通過(guò)照射電磁波來(lái)加熱碳材料的工序中，使與碳材料接觸的上述液體的一部分氣化，由此對(duì)上述碳材料進(jìn)行薄片化，獲得上述液體中分散有薄片化石墨的薄片化石墨分散液。
[0028]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨分散液通過(guò)上述薄片化石墨分散液的制造方法獲得。優(yōu)選化合物化學(xué)鍵合于薄片化石墨分散液中的薄片化石墨，相對(duì)于薄片化石墨100重量％，上述化合物的含量為0.5?100重量％。
[0029]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨-樹脂復(fù)合材料通過(guò)將本發(fā)明所涉及的薄片化石墨或薄片化石墨分散液與樹脂混合而得到。
[0030]發(fā)明效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明所涉及的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法，僅通過(guò)將碳材料浸漬于液體之后照射電磁波就能夠使碳材料薄片化，并獲得薄片化石墨。因此，能夠容易且可靠地獲得薄片化石墨及薄片化石墨分散液。而且，無(wú)需被氧化的工序，因此無(wú)需還原處理。
[0032]并且，上述薄片化石墨及薄片化石墨分散液均勻地分散于樹脂中，因此能夠獲得樹脂的力學(xué)性能顯著提高的薄片化石墨-樹脂復(fù)合材料。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例1中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定而得到的寬度及厚度的圖。
[0034]圖2是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例2中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定而得到的寬度及厚度的圖。
[0035]圖3是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例3中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定而得到的寬度及厚度的圖。
[0036]圖4是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例4中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定的寬度及厚度的圖。
[0037]圖5是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例5中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定而得到的寬度及厚度的圖。
[0038]圖6是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例6中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定而得到的寬度及厚度的圖。
[0039]圖7是表示在實(shí)施例6中獲得的濾液的1H-NMR譜的圖。
[0040]圖8是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例7中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定而得到的寬度及厚度的圖。
[0041]圖9是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例8中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定而得到的寬度及厚度的圖。
[0042]圖10是表示通過(guò)AFM測(cè)定對(duì)實(shí)施例9中獲得的薄片化石墨進(jìn)行測(cè)定而得到的寬度及厚度的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下，對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。
[0044]本發(fā)明所涉及的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法中，首先，將具有石墨烯疊層結(jié)構(gòu)的碳材料浸漬于包含20°C下的表面張力為50mN/m以下的液態(tài)物的液體。之后，照射電磁波加熱碳材料。由此，使與碳材料接觸的液體的一部分或全部氣化，使碳材料薄片化，從而獲得薄片化石墨或該薄片化石墨分散于液體中的薄片化石墨分散液。
[0045](具有石墨烯疊層結(jié)構(gòu)的碳材料)
[0046]作為在本發(fā)明中使用的具有石墨烯疊層結(jié)構(gòu)的碳材料，可以使用石墨等具有多個(gè)石墨烯疊層而成的結(jié)構(gòu)的碳材料。并且，作為石墨原料，可使用對(duì)石墨實(shí)施酸處理而得到的熱膨脹性石墨或?qū)υ摕崤蛎浶允訜崤蛎浕玫降呐蛎浭?。此時(shí)，通過(guò)本發(fā)明的制造方法，液體容易滲透至石墨中，因此能夠更有效地獲得薄片化石墨。另外，還可將石墨烯疊層數(shù)比天然石墨少的一次薄片化石墨作為原料碳材料使用。此時(shí)，通過(guò)本發(fā)明的制造方法，可以獲得疊層數(shù)更少的薄片化石墨。
[0047]另外，本發(fā)明中，薄片化石墨是指對(duì)原來(lái)的石墨進(jìn)行剝離處理而獲得且比原來(lái)的石墨更薄的石墨稀片疊層體。薄片化石墨中的石墨稀片疊層數(shù)少于原來(lái)的石墨即可，但通常為幾層?200層左右。
[0048](液體)
[0049]本發(fā)明中的薄片化石墨及薄片化石墨分散液的制造方法中，在將具有石墨烯疊層結(jié)構(gòu)的碳材料浸漬于包含