專利名稱：石墨烯片及其制備方法
技術領域：
本公開內(nèi)容涉及石墨烯片及其制備方法。具體而言，本公開內(nèi)容還涉及經(jīng)濟地制 造具有大的面積并且具有所需厚度的石墨烯片的方法。
背景技術：
通常，石墨是由結合成六邊形結構的碳原子的平面陣列形成的二維石墨烯片的多 層堆。單層或多層石墨烯片在導電性領域具有有利的性質(zhì)。一個值得注意的有利性質(zhì)是在石墨烯片中電子以完全不受阻礙的方式流動，這就 是說，電子以在真空中的光速流動。另外，在這些石墨烯片中觀察到電子和空穴兩者的不同 尋常的半整數(shù)量子霍爾效應。
石墨烯片中的電子遷移率為約20000 約50000平方厘米/伏秒(cm2/Vs)。另 夕卜，使用石墨烯片是有利的，因為由石墨制造的產(chǎn)品便宜，而使用碳納米管制造的類似產(chǎn)品 由于在合成和純化過程期間的低產(chǎn)率而昂貴。盡管存在碳納米管本身是便宜的事實，但出 現(xiàn)這樣的高成本。單壁碳納米管呈現(xiàn)出不同的金屬性和半導體性質(zhì)，這取決于它們的手性 和直徑。此外，具有類似半導體特性的單壁碳納米管具有不同的能量帶隙，取決于它們的手 性和直徑。因而，為了獲得金屬性單壁碳納米管組成或半導體單壁碳納米管組成，期望將單 壁碳納米管彼此分離以分別獲得所需的金屬性或半導體特性。然而，分離單壁碳納米管不 是簡單或便宜的過程。另一方面，使用石墨烯片代替碳納米管可為有利的，因為石墨烯片的電特性根據(jù) 結晶取向而變化，因此通過將結晶取向布置在合適的所需方向上設計呈現(xiàn)所需電特性的器 件可為可能的。石墨烯片的這些特性可有利地用在未來的碳質(zhì)電器件或碳質(zhì)電磁器件中。然而，盡管石墨烯片具有這些有利特性，但是尚未開發(fā)出經(jīng)濟地和能再現(xiàn)地制備 大面積石墨烯片的方法。制備石墨烯片的方法分為微機械法和碳化硅(SiC)熱分解法。在微機械法中，將其上具有粘合劑層的帶，例如，SCOTCH 帶施加到具有石墨烯層 的石墨表面上，所述石墨烯層優(yōu)選平行堆疊。石墨烯層附著到SCOTCH 帶，隨后從石墨表面 移除SCOTCH 帶。隨后從SCOTCH 帶移除石墨烯層。然而，通過SCOTCH 帶移除的石墨烯 層的尺寸不均勻，而且它們不具有均勻的形狀。另外，通過該方法不能提取具有大的表面積 的石墨烯片。這使得它們的應用有問題或者在一些應用中甚至是不合需要的。在SiC熱分解法中，將單晶SiC加熱以通過使表面上的SiC分解而除去Si，隨后殘 留的碳C形成于石墨烯片上(形成石墨烯片)。然而，SiC熱分解中使用的單晶SiC非常昂 貴，并且不能容易地制造大面積的石墨烯片。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本文中公開經(jīng)濟地制備具有所需厚度的大面積石墨烯片的方法。本文中還公開通過所述方法制備的石墨烯片。
本文中還公開由得自上述方法的石墨烯片制造的制品。所述制品包括膜、儲氫介 質(zhì)、光學纖維和電器件。本文中還公開包括上述石墨烯片的石墨烯基底。技術方案本文中公開制備石墨烯片的方法，該方法包括形成片形式的石墨化催化劑；在所 述石墨化催化劑上涂覆聚合物；和在惰性或還原性氣氛中對所述石墨化催化劑進行熱處理 以形成石墨烯片。所述石墨化催化劑可為催化金屬。所述催化金屬可為過渡金屬。在一個實施方式 中，所述催化金屬選自 Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V 禾口Zr。
所述聚合物可為自組裝聚合物。所述聚合物可選自兩親性聚合物、液晶聚合物和導電聚合物。所述兩親性聚合物可包括親水基團和疏水基團，所述親水基團選自氨基、羥基、羧 基、硫酸根基團、磺酸根基團、磷酸根基團、膦酸根基團、及其鹽；所述疏水基團選自商素原 子、C1-C30烷基、C1-C30鹵代烷基、C2-C30鏈烯基、C2-C30鹵代鏈烯基、C2-C30炔基、C2-C30 鹵代炔基、C1-C30烷氧基、C1-C30鹵代烷氧基、C1-C30雜烷基、C1-C30鹵代雜烷基、C6-C30 芳基、C6-C30鹵代芳基、C7-C30芳烷基和C7-C30鹵代芳烷基。所述兩親性聚合物選自癸酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、肉豆蔻烯酸、棕櫚炔酸、油 酸、6，9，12，15-十八碳四烯酸、亞麻酸、辛胺、月桂胺、硬脂胺和油胺。所述導電聚合物選自聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚芴、聚(3-己基噻吩)、聚 萘、聚(對-亞苯硫醚)和聚(對_亞苯基亞乙烯基)。所述導電聚合物選自并苯及其衍生物、雜并苯及其衍生物、蒽及其衍生物、雜蒽及 其衍生物、并四苯及其衍生物、雜并四苯及其衍生物、并五苯及其衍生物、和雜并五苯及其 衍生物。所述聚合物可包括能聚合的官能團，S卩，具有能聚合的官能團的聚合前體可設置 于所述石墨化催化劑上，然后在設置于所述石墨化催化劑上時進行聚合。聚合前體可包括 單體、二聚體、三聚體、五聚體等。甚至，具有約10 約100個重復單元并具有合適的官能 團的更大的聚合物質(zhì)可設置在所述石墨化催化劑上，然后進行聚合。在所述石墨化催化劑上設置聚合物之后，可在約400 約2000°C的溫度下進行約 0. 1 約10小時的熱處理。所述石墨化催化劑可固定在基底上。所述方法可進一步包括通過利用酸處理除去所述石墨化催化劑而將所述石墨片 分離。該酸處理在所述熱處理之后進行?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)所述聚合物的量控制所述石墨烯片的厚度?？赏ㄟ^感應加熱、輻射熱能、激光、紅外線(IR)、微波、等離子體、紫外(UV)線或表 面等離激元加熱進行所述熱處理。所述熱處理可選擇性地施加到所述石墨化催化劑。所述石墨烯片可由其中多個碳原子彼此共價結合的多環(huán)芳族分子形成。所述石墨 烯片可具有1 300層，且各石墨烯片的寬度和長度可為約Imm或更長。
所述石墨烯片可具有約1 約60層，優(yōu)選約1 約15層。所述石墨烯片的寬度和長度可各自為約1 約1000mm。所述石墨烯片的寬度和長度可分別長于約10mm。本文中還公開包括具有設置于其上的石墨烯片的石墨烯基底的制品。所述石墨烯基底可進一步包括設置在所述基底和所述石墨烯片之間的石墨化催 化劑層。所述基底可為硅。


通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施方式，本發(fā)明的以上和其它特征和優(yōu) 點將變得更加明晰，在附圖中圖1是示意性地顯示制備石墨烯片的方法的示例性圖；圖2是示意性地顯示涂覆在催化劑上的聚合物的示例性圖；圖3是示意性地顯示形成于催化劑上的石墨烯片的結構的示例性圖；和圖4是示意性地顯示具有親水部分和疏水部分的聚合物堆的示例性圖。
具體實施例方式在下文中，將參照其中示出了本發(fā)明的示例性實施方式的附圖更充分地描述本發(fā) 明。應理解，當一元件被稱為“在”另一元件“上”時，該元件可直接在所述另一元件上， 或者在其間可存在中間元件。相反，當一元件被稱為“設置在”或“形成于”另一元件“上” 時，所述元件被理解為彼此至少部分接觸，除非另外說明。本文中所使用的術語僅僅是為了描述具體實施方式

而并非意在限制本發(fā)明。除非 上下文清楚地另作說明，本文中所使用的單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”也意在包括復數(shù) 形式。術語“第一”、“第二”等的使用不暗示任何特定的順序，而是包括以區(qū)別單獨的元件。 還應理解，當用在本說明書中時，術語“包含”和/或“包括”表示存在所述特征、區(qū)域、整體、 步驟、操作、元件和/或組分，但不排除存在或添加一種或多種其它的特征、區(qū)域、整體、步 驟、操作、元件、組分和/或其集合。除非另外定義，在本文中使用的所有術語(包括技術和科學術語)的含義與本發(fā) 明所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同。還應理解，術語，例如在常用字典中定義 的那些，應被解釋為其含義與它們在相關領域和本公開內(nèi)容的環(huán)境中的含義一致，并且將 不對所述術語作理想化或過于形式的解釋，除非在本文中清楚地如此定義。本文中公開經(jīng)濟地制備具有所需厚度的具有大的表面積的石墨烯片的方法。所述 石墨烯片可有利地用在許多制品中。本文中所用的術語“石墨烯片”表示由其中多個碳原子彼此共價結合的多環(huán)芳族 分子形成的片形式的石墨烯。所述共價結合的碳原子形成六元環(huán)(其為所述石墨烯片的主 要重復單元)，但也可形成五元環(huán)和/或七元環(huán)。因此，在石墨烯片中，看起來似乎所述共價 結合的碳原子(通常SP2鍵)形成單層。所述石墨烯片可具有各種結構，并且所述結構可 根據(jù)所述石墨烯片中存在的五元環(huán)和/或七元環(huán)的量而改變。所述石墨烯片可不僅具有石墨烯單層，還可為多層的，包括最高達300層的多個層。通常，所述石墨烯的末端用氫原子飽和。所述石墨烯片可通過如下形成在石墨化催化劑上涂覆聚合物以形成涂覆的石墨 化催化劑，和在惰性或還原性氣氛中對所得的涂覆的石墨化催化劑進行熱處理，如圖1中 所示。在所述熱處理期間，所述聚合物經(jīng)歷降解，并且所述聚合物的除碳原子之外的其它組 分被蒸發(fā)。殘留在所述石墨化催化劑上的剩余碳原子以平面六邊形結構彼此結合以形成石
墨烯片。所述石墨化催化劑與所述聚合物中包含的碳原子結合并且?guī)椭纬商荚拥钠?面六邊形結構。例如，任何用于合成石墨、誘導碳化或制造碳納米管的催化劑均可用作所述 石墨化催化劑。所述催化劑可包括催化金屬。催化金屬的實例為過渡金屬催化劑。也可使 用其它金屬催化劑。過渡金屬催化劑可與其它金屬催化劑合金化。所述催化劑可為選自 以下的至少一種鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu) M (Mg)、錳(Mn)、鉬(Mo)、銠(Rh)、硅(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、鈾(U)、釩(V)和鋯(Zr)。 在一個實施方式中，所述石墨化催化劑可為包括所述催化金屬的板或片的形式。在另一實 施方式中，所述石墨化催化劑可包括通過沉積、濺射等固定在基底上的催化金屬?？蓪⑷魏伟ㄌ荚拥木酆衔锿扛苍谒鍪呋瘎┥?，并且對所述聚合物的 結構和組成沒有限制。因此，期望使用有機聚合物涂覆所述石墨化催化劑?？墒褂眯纬芍?密涂層的聚合物以形成致密的石墨層。設置于所述石墨化催化劑上的所述有機聚合物可選自各種各樣的熱塑性聚合物、 熱固性聚合物、熱塑性聚合物的共混物、熱固性聚合物的共混物、或者熱塑性聚合物與熱固 性聚合物的共混物。所述熱塑性聚合物也可為聚合物、共聚物、三元共聚物的共混物、或者 包含前述熱塑性聚合物中的至少一種的組合。所述熱塑性聚合物也可為低聚物、均聚物、嵌 段共聚物、交替嵌段共聚物、無規(guī)聚合物、無規(guī)共聚物、無規(guī)嵌段共聚物、接枝共聚物、星型 嵌段共聚物、樹枝狀高分子等、或者包含前述熱塑性聚合物中的至少一種的組合。通常，當通過旋涂、浸涂等在所述石墨化催化劑上設置聚合物時，所述聚合物形成 不規(guī)則的網(wǎng)絡結構并且不規(guī)則地排列，由此石墨層不能具有致密結構。另一方面，當在所述 石墨化催化劑上設置自組裝聚合物時，所述聚合物在所述石墨化催化劑的表面上規(guī)則地排 列在垂直方向上，如圖2中所示，由此可制備具有致密結構的石墨烯片，如圖3中所示?？稍谒鍪呋瘎┥显O置任何自組裝聚合物而沒有限制。例如，所述自組裝 聚合物可選自兩親性聚合物、液晶聚合物和導電聚合物。所述兩親性聚合物包括親水基團和疏水基團兩者，并且由此可在水溶性溶液中排 列在一致的方向上。例如，朗繆爾_布羅杰特排列、浸漬排列和旋轉排列是可能的。所述兩親性聚合物包括具有氨基、羥基、羧基、硫酸根基團、磺酸根基團、磷酸根 基團、膦酸根基團、及其鹽的至少一種的親水基團；和具有鹵素原子、C1-C30烷基、C1-C30 鹵代烷基、C2-C30鏈烯基、C2-C30鹵代鏈烯基、C2-C30炔基、C2-C30鹵代炔基、C1-C30烷 氧基、C1-C30鹵代烷氧基、C1-C30雜烷基、C1-C30鹵代雜烷基、C6-C30芳基、C6-C30鹵代 芳基、C7-C30芳烷基和C7-C30鹵代芳烷基的至少一種的疏水基團。所述兩親性聚合物的 實例為癸酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、肉豆蔻烯酸、棕櫚炔酸、油酸、6，9，12，15-十八碳四烯 酸、亞麻酸、辛胺、月桂胺、硬脂胺和油胺。
所述液晶聚合物可以液態(tài)排列在一致的方向上以形成定向液晶聚合物。所述導電 聚合物溶解在溶劑中以形成膜，并且可通過在蒸發(fā)溶劑之后排列而形成晶體結構。因而，可 通過促進定向的方法例如旋涂等將所述聚合物排列在所述石墨化催化劑上。所述導電聚合 物的實例為聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚芴、聚(3-己基噻吩)、聚萘、聚(對-亞苯硫 醚)和聚(對-亞苯基亞乙烯基)。也可在所述石墨化催化劑上設置導電聚合物與其它的非導電有機聚合物的共聚 物或共混物?？膳c所述導電聚合物共聚或共混的非導電有機聚合物的實例為聚甲基丙烯酸 甲酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚酯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚碳酸酯、聚亞芳基醚、環(huán)氧 樹脂、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亞胺等、或者包含前述聚合物中的至少一種的組合。同時，可使用在從氣態(tài)沉積時自動排列的聚合物。也可使用可從氣態(tài)設置在所述 石墨化催化劑上并且在被設置時進行排列的導電聚合物。這樣的導電聚合物的實例為并苯 及其衍生物、蒽及其衍生物、雜蒽(例如，苯并二噻吩和二噻吩并噻吩)及其衍生物、并四苯 及其衍生物(例如，鹵代并四苯、具有極性取代基的并四苯衍生物、并四苯-噻吩雜化材料、 紅熒烯和烷基及烷氧基取代的并四苯)、雜并四苯及其衍生物、并五苯及其衍生物(例如， 烷基和鹵素取代的并五苯、芳基取代的并五苯、炔基取代的并五苯、炔基取代的烷基和炔 基 并五苯、以及炔基取代的并五苯醚)、雜并五苯及其衍生物、和雜并苯及其衍生物。所述聚合物可包括至少一個能夠形成碳-碳雙鍵或三鍵的能聚合的官能團。所述 能聚合的官能團可通過在形成聚合物層之后的聚合過程例如UV輻射引發(fā)聚合物的聚合。 由于由此形成的聚合物具有大的分子量，因此在所述聚合物的熱處理期間可防止碳的蒸 發(fā)?？稍谒鍪呋瘎┥贤扛菜鼍酆衔镏盎蛑筮M行所述聚合物的聚合。 艮口，當在所述石墨化催化劑上涂覆所述聚合物之前進行所述聚合時，可通過將聚合物膜轉 移到所述石墨化催化劑上而形成在所述石墨化層上的所述聚合物層。所述聚合和轉移可重 復幾次以控制所述石墨烯片的厚度?？墒褂酶鞣N涂覆方法例如朗繆爾-布羅杰特、浸涂、旋涂和真空沉積，將所述聚合 物排列在所述石墨化催化劑的表面上。排列的聚合物的分子量、聚合物層的厚度、或者自組 裝聚合物層數(shù)可取決于所需的石墨烯片的層數(shù)改變。即，具有大的分子量的聚合物的使用 使石墨烯片的層數(shù)增加，因為所述聚合物具有大量的碳。隨著所述聚合物層的厚度增加，所 產(chǎn)生的石墨烯片的層數(shù)增加，并且由此所述石墨烯片的厚度也增加?？衫盟鼍酆衔锏?分子量控制所述石墨烯片的厚度。另外，作為自組裝聚合物的兩親性聚合物在單個聚合分子中包括親水部分和疏水 部分。如圖4中所示，所述聚合物的親水部分與親水的石墨化催化劑結合以均勻地排列在 所述催化劑層上，和所述兩親性聚合物的疏水部分排列在相反的方向上以與未與所述催化 劑層結合的另一兩親性聚合物的親水部分結合。當所述兩親性聚合物的量充足時，所述兩 親性聚合物可通過親水-疏水鍵堆疊在所述催化劑層上。由多個兩親性聚合物形成的堆疊 層可通過熱處理形成石墨烯層。因而，可制備具有所需厚度的石墨烯片，因為可通過選擇適 當?shù)膬捎H性聚合物和調(diào)節(jié)所述兩親性聚合物的量控制所述石墨烯片的層數(shù)。所述石墨烯片的層數(shù)可為約1直至約300，優(yōu)選約1至約60，并且更優(yōu)選約1至約 15。具有超過約300層的石墨烯片被認為是石墨，其不在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
所述石墨烯片的面積取決于所述基底的尺寸，并且通過調(diào)節(jié)石墨化催化劑形成于 其上的基底的尺寸進行控制，并且由此可沒有困難地制備大面積的石墨烯片。即，可通過如 下制備大面積的石墨烯片準備具有大的表面積的基底例如具有大于1毫米(mm) X 1mm、優(yōu) 選在約lmmXlmm(lmm2)至約1000mmX 1000mm(106mm2)范圍內(nèi)的面積的基底，使用各種方法 在所述基底上形成石墨化催化劑，在所述石墨化催化劑上涂覆聚合物，和對所得物進行熱 處理。因此，可通過僅控制所述基底的尺寸調(diào)節(jié)所述石墨烯片的面積。所述基底可為硅基 底，但不限于此。如上所述，所述石墨烯片的寬度和長度可分別為約1mm或更長，優(yōu)選約10mm或更 長，和更優(yōu)選在約10mm 約1000mm的范圍內(nèi)。當所述石墨烯片的長度大于約1000mm時， 所述石墨烯片的性質(zhì)可惡化，因為所述石墨烯片中的缺陷可顯著增加。對涂覆在所述石墨化催化劑上的聚合物進行熱處理以使所述聚合物石墨化。所 述熱處理可在惰性或還原性氣氛中進行以防止所述聚合物的元素的氧化。在約400 約 2000°C的溫度下進行所述熱處理。當所述溫度低于約400°C時，石墨化可進行得不充分。另 一方面，當所述溫度高于約200(TC時，碳可被蒸發(fā)。所述熱處理可進行約0. 1 約10小時。 當所述熱處理時間不在上述范圍內(nèi)時，所述石墨化可進行得不充分或者成本可增加。可通過使用電磁輻射源進行所述熱處理。在一個實施方式中，可使用感應加熱、輻 射能、激光、紅外線(IR)、微波、等離子體、紫外(UV)線或表面等離激元加熱進行所述熱處 理而沒有限制。在另一實施方式中，期望通過感應加熱或通過使用微波對所述聚合物涂覆 于其上的石墨化催化劑進行選擇性加熱而將所述催化劑活化。由此，可將特定的區(qū)域石墨 化，和可通過將小厚度的聚合物石墨化而制備單層的石墨烯片。可通過熱處理使所述碳原 子彼此共價結合。例如，所述碳原子形成平面六邊形結構以在所述基底上形成石墨烯片，并 由此所述石墨烯片與所述基底形成石墨烯基底。在本文中，術語“石墨烯基底”表示基底與 形成于所述基底上的石墨烯片的組合。由此形成的石墨烯片存在于所述基底和所述石墨化催化劑上。所述石墨烯片可與 所述石墨化催化劑一起使用，或者，如果需要，可通過酸處理溶解和除去所述石墨化催化劑 而使用所述石墨烯片。如果需要，可將所述石墨烯片與所述基底分離。用于將所述石墨烯片和所述石墨化催化劑分離的示例性的酸為HC1溶液?？筛鶕?jù)所需用途以各種方式加工經(jīng)分離的石墨烯片。即，可將所述石墨烯片切割 成預定形狀，或者可將其卷繞以形成管?？蓪⒔?jīng)加工的石墨烯片與應用所需的對象組合。所述石墨烯片可應用在各種領域中。所述石墨烯片可有效地用在透明電極中，因 為其具有優(yōu)異的導電性和高的均勻性?？尚纬捎迷谔柲茈姵氐幕咨系碾姌O等以滿足 透明性要求，因為光需要從其中穿過。當用在透明電極中時，所述石墨烯片具有優(yōu)異的導 電性。另外，所述石墨烯片的柔性容許其被用在柔性透明電極中?？赏ㄟ^使用作為基底的 柔性塑料和設置在柔性塑料上作為透明電極的所述石墨烯片制備柔性太陽能電池。另外， 當所述石墨烯片用作用于各種顯示裝置的導電薄膜時，使用僅少量的電能可實現(xiàn)所需導電 性。另外，可改善光穿透。另外，以管的形式形成的石墨烯片可用作光學纖維、儲氫介質(zhì)或選擇性地容許氫 穿過的膜。本發(fā)明提供經(jīng)濟地制備大面積石墨烯片并有效地控制所述石墨烯片的厚度的方
9法。所述石墨烯片可有效地應用于透明電極、儲氫介質(zhì)、光學纖維、電器件等，因為可獲得具 有所需厚度的大面積石墨烯片。本發(fā)明的模式現(xiàn)在參照下面的實施例更詳細地描述本發(fā)明。下面的實施例僅為了說明性目的， 而非意在限制本發(fā)明的范圍。實施例1利用濺射在100納米(nm)的Si02涂覆于其上的3厘米(cm) X 3cm硅基底上沉積 Ni以形成Ni薄膜。通過將油酸溶解在氯仿中制備具有1毫克/毫升(mg/ml)濃度(在氯 仿中)的油酸溶液。將50微升(yl)油酸溶液加入到含有水的朗繆爾-布羅杰特(LB)裝 置中。在加入油酸溶液之后，使用LB裝置制備自組裝的單層(SAM)。使用254nm紫外(UV) 射線使由油酸形成的SAM層聚合。將所獲得的油酸SAM轉移到lOOnm的Si02涂覆于其上 的3cm X 3cm硅基底上。然后，將油酸涂覆的基底在真空中在60°C下加熱12小時并將其干燥。將經(jīng)干燥的 油酸涂覆的基底在爐子中在氮氣氣氛、500°C下熱處理1小時以制備具有3cmX3cm的面積 和單層石墨烯片的基底。然后，將包括石墨烯片的基底浸入0. 1M HC1中24小時以除去Ni 薄膜。由此將石墨烯片分離。實施例2以與實施例1中相同的方式制備具有約10層的3cmX3cm石墨烯片，除了將根據(jù) 實施例1聚合的油酸SAM到硅基底的轉移重復10次之外。實施例3以與實施例1中相同的方式制備具有約21層的3cmX3cm石墨烯片，除了將根據(jù) 實施例1聚合的油酸SAM到硅基底的轉移重復20次之外。實施例4以與實施例1中相同的方式制備具有約43層的3cmX3cm石墨烯片，除了將根據(jù) 實施例1聚合的油酸SAM到硅基底的轉移重復40次之外。實施例5利用濺射在lOOnm的Si02涂覆于其上的具有4英寸直徑的硅基底上沉積Ni以形 成Ni薄膜。將Ni固定于其上的基底浸入0. 1L水和100g油酸的混合溶液中并在200rpm 下攪拌。4小時之后，將基底在真空中在60°C下加熱12小時以除去水。將經(jīng)干燥的油酸涂 覆的基底在爐子中在氮氣氣氛下在500°C下熱處理1小時以獲得具有約3個直徑為4英寸 的層的石墨烯片。然后，將包括石墨烯片的基底浸在0. 1M HC1中24小時以除去Ni薄膜并將石墨烯 片分離。盡管已經(jīng)參照示例性實施方式描述了本發(fā)明，但本領域技術人員理解，在不脫離 本發(fā)明的范圍的情況下可進行各種變化和可用等價物代替其要素。另外，可進行許多變化 以使具體的情形或材料適合于本發(fā)明的教導而不脫離其實質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明不意在限 于作為打算用于實施本發(fā)明的最佳模式公開的具體實施方式

。
權利要求
制備石墨烯片的方法，該方法包括形成片形式的石墨化催化劑；在所述石墨化催化劑上設置聚合物；和在惰性或還原性氣氛中對所述石墨化催化劑上的所述聚合物進行熱處理以形成石墨烯片。
2.權利要求1的方法，其中所述石墨化催化劑為選自如下的至少一種催化劑Ni、Co、 Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V 和 Zr。
3.權利要求1的方法，其中所述聚合物為自組裝聚合物。
4.權利要求1的方法，其中所述聚合物選自兩親性聚合物、液晶聚合物和導電聚合物。
5.權利要求4的方法，其中所述兩親性聚合物包括選自如下的親水基團氨基、羥基、羧基、硫酸根基團、磺酸根基團、磷酸根基團及其鹽；和具有選自如下的至少一種的疏水基團鹵素原子、C1-C30烷基、C1-C30鹵代烷基、 C2-C30鏈烯基、C2-C30鹵代鏈烯基、C2-C30炔基、C2-C30鹵代炔基、C1-C30烷氧基、C1-C30 鹵代烷氧基、C1-C30雜烷基、C1-C30鹵代雜烷基、C6-C30芳基、C6-C30鹵代芳基、C7-C30芳 烷基和C7-C30鹵代芳烷基。
6.權利要求4的方法，其中所述兩親性聚合物選自癸酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、肉豆 蔻烯酸、棕櫚炔酸、油酸、6，9，12，15-十八碳四烯酸、亞麻酸、辛胺、月桂胺、硬脂胺和油胺。
7.權利要求4的方法，其中所述導電聚合物選自聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚 芴、聚(3-己基噻吩)、聚萘、聚(對-亞苯硫醚)和聚(對-亞苯基亞乙烯基)。
8.權利要求4的方法，其中所述導電聚合物選自并苯及其衍生物、雜并苯及其衍生物、 蒽及其衍生物、雜蒽及其衍生物、并四苯及其衍生物、雜并四苯及其衍生物、并五苯及其衍 生物、和雜并五苯及其衍生物。
9.權利要求1的方法，其中所述聚合物包括能聚合的官能團。
10.權利要求9的方法，進一步包括在所述石墨化催化劑上設置所述聚合物之前使所 述聚合物聚合。
11.權利要求9的方法，進一步包括在所述石墨化催化劑上涂覆所述包括能聚合的官 能團的聚合物或聚合物前體之后使所述聚合物聚合。
12.權利要求1的方法，其中所述熱處理在約400 約2000°C的溫度下進行約0.1 約10小時。
13.權利要求1的方法，其中所述石墨化催化劑固定在基底上。
14.權利要求1的方法，進一步包括在所述熱處理之后通過利用酸處理將所述石墨烯 片和所述石墨化催化劑分離。
15.權利要求1的方法，其中通過調(diào)節(jié)設置于所述石墨化催化劑上的所述聚合物的量 來控制所述石墨烯片的厚度。
16.權利要求1的方法，其中通過感應加熱、輻射熱能、激光、紅外線、微波、等離子體、 紫外線或表面等離激元加熱進行所述熱處理。
17.權利要求1的方法，其中所述熱處理選擇性地施加到所述石墨化催化劑。
18.權利要求1的方法，其中所述聚合物為熱塑性聚合物、熱固性聚合物、熱塑性聚合物的共混物、熱固性聚合物的共混物、或者熱塑性聚合物與熱固性聚合物的共混物。
19.權利要求1的方法，其中所述聚合物為低聚物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、交替 嵌段共聚物、無規(guī)共聚物、無規(guī)嵌段共聚物、接枝共聚物、星型嵌段共聚物、樹枝狀高分子、 或包含前述聚合物中的至少一種的組合。
20.權利要求4的方法，其中所述導電聚合物進一步與非導電聚合物共聚。
21.通過權利要求1的方法制備的石墨烯片。
22.制備石墨烯片的方法，所述方法包括在硅基底上設置石墨化催化劑，所述石墨化催化劑與所述硅基底緊密接觸；在所述石墨化催化劑上設置聚合物；和對所述石墨化催化劑上的所述聚合物進行熱處理以形成石墨烯片。
23.權利要求22的方法，其中在惰性或還原性氣氛中進行所述熱處理。
24.權利要求22的方法，進一步包括在酸溶液中將所述石墨烯片和所述石墨化催化劑 分離。
25.石墨烯片，包括其中多個碳原子彼此共價結合的多環(huán)芳族分子，其中所述石墨烯片具有約1 約300 層，和其中所述石墨烯片的寬度和長度各自為約1mm或更長。
26.權利要求25的石墨烯片，其中所述石墨烯片具有約1 約60層。
27.權利要求25的石墨烯片，其中所述石墨烯片具有約1 約15層。
28.權利要求25的石墨烯片，其中所述石墨烯片的寬度和長度各自為約1 約 1000mm。
29.包括根據(jù)權利要求25的石墨烯片的儲氫介質(zhì)。
30.包括根據(jù)權利要求25的石墨烯片的電器件。
31.石墨烯基底，包括基底；和形成于所述基底上的根據(jù)權利要求25的石墨烯片。
32.權利要求31的石墨烯基底，進一步包括設置于所述基底與所述石墨烯片之間的石 墨化催化劑層。
33.權利要求31的石墨烯基底，其中所述基底為硅。
全文摘要
提供石墨烯片及其制備方法。具體而言，提供經(jīng)濟地制備具有所需厚度的大面積石墨烯片的方法以及通過該方法制備的石墨烯片。
文檔編號B32B37/15GK101835609SQ200880112966
公開日2010年9月15日 申請日期2008年8月6日 優(yōu)先權日2007年9月10日
發(fā)明者尹善美, 崔在榮, 申鉉振 申請人:三星電子株式會社