專利名稱：規(guī)?；慨a(chǎn)制造石墨烯及石墨烯氧化物的設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)案有關(guān)一種石墨烯及石墨烯氧化物的制程設(shè)備及方法，尤其是一種規(guī)?；慨a(chǎn)石墨烯及石墨烯氧化物的制程設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
石墨烯(graphene)是一種單原子層的石墨，每個(gè)碳原子間以sp2混成與相鄰的三個(gè)原子形成鍵結(jié)，并延伸成蜂窩狀的二維結(jié)構(gòu)。已知，石墨烯的載子遷移率(carriermobility)可達(dá)200，000cm2/V.s,同時(shí)也具有良好的導(dǎo)熱及高穿透率等性質(zhì)，因此目前已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、觸控面板或太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域中。用以制造石墨烯的習(xí)知技術(shù)包含機(jī)械剝離法(mechanical exfoliation)、嘉晶成長(zhǎng)法(epitaxial growth)、化學(xué)氣相沈積法(chemical vapor deposition, CVD)及化學(xué)剝離法(chemical exfoliation)等方法。其中，機(jī)械剝離法及嘉晶成長(zhǎng)法,雖然可以生成質(zhì)量為優(yōu)的石墨烯，但這兩種方法均無(wú)法大面積合成石墨烯?；瘜W(xué)氣相沈積法的制備過(guò)程中，則必須使用近千度的高溫及昂貴的金屬基板，且須費(fèi)時(shí)數(shù)小時(shí)才能完成?；瘜W(xué)剝離法主要系先將石墨氧化，最后再經(jīng)過(guò)高溫還原的步驟使石墨烯恢復(fù)其原本的晶格形狀使其具有導(dǎo)電性。然而，氧化的過(guò)程會(huì)造成石墨烯的晶格受到破壞，且并非所有的氧化石墨烯均能有效地被還原。上述這些方法的不足處，都限制了石墨烯的生產(chǎn)及后續(xù)的應(yīng)用。因此，如何提供一種方法能于常溫下生產(chǎn)，兼具低成本、流程簡(jiǎn)便及快速生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯，已成為重要課題。美國(guó)專利US 7，790，285提供一種用以制造奈米級(jí)石墨烯小片(nano-scaled grapheme platelet)的方法,其方法包含將碳纖維或是石墨纖維以一種嵌入(intercalation)形式穿插在層間的空隙，再將被嵌入的纖維進(jìn)行剝離，變成石墨烯片(graphene sheets或graphene flakes);接著將石墨烯片進(jìn)一步分離，即獲得奈米級(jí)石墨稀小片。

另，美國(guó)專利US 7，892，514則提供一種層狀物質(zhì)如石墨(graphite)或氧化石墨(graphite oxide)的剝離方法，以生成具有平均厚度為0.34至1.02nm的奈米級(jí)小片(platelet)。該方法包含在一特定蒸氣壓下，在一高于鹵素溶點(diǎn)或是升華點(diǎn)的溫度下，對(duì)層狀物粉末進(jìn)行嵌入(intercalation);接著以第二個(gè)高于鹵素的沸點(diǎn)的溫度,讓嵌入的鹵素原子撐開化合物層間，使化合物剝離(exfoliation)成小片(platelet);或是將受到嵌入的化合物溶于一液體基質(zhì)中，以超音波將化合物剝離成小片物質(zhì)。其中鹵素可為如Cl2,Br2, I2, ICl, IBr, BrCl, IF5, BrF3, ClF3，或其混合物，請(qǐng)參其說(shuō)明書第4欄第10-18行。此夕卜，申請(qǐng)人另于臺(tái)灣地區(qū)專利申請(qǐng)案第100115655號(hào)中闡明一種制備石墨烯的方法，其系以化學(xué)剝離法制造石墨烯，以電化學(xué)電解液中的離子作為嵌入物(insert)并輔以電壓將離子進(jìn)行嵌入，隨后再利用不同電壓將石墨烯剝離。上述先前技術(shù)所揭示的制造石墨烯的內(nèi)容僅在于經(jīng)由其所揭示的方法制備少量石墨烯。然而，因應(yīng)目前半導(dǎo)體、觸控面板及太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域科技發(fā)展的廣大需求，流程簡(jiǎn)便、大量、且連續(xù)規(guī)模化石墨烯制備的設(shè)計(jì)已日趨重要。本發(fā)明即針對(duì)如何規(guī)模化制備的課題，提供一種快速生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯的制造設(shè)備的設(shè)計(jì)及方法。同樣的電解方法也可以用于生產(chǎn)石墨烯氧化物。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述課題，本發(fā)明的一目的為提供一種低成本、流程簡(jiǎn)便及快速生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯及石墨烯氧化物的制造設(shè)備。本發(fā)明的另一目的為提供一種規(guī)?；慨a(chǎn)石墨烯及石墨烯氧化物的方法，基于此項(xiàng)技術(shù)所已知的電化學(xué)剝離法制作石墨烯及石墨烯氧化物。依據(jù)本發(fā)明的一種石墨烯及石墨烯氧化物的制造設(shè)備，其包含設(shè)置:第一電極，其包含一包含石墨初始材料的電極座、第二電極、一電解槽、一電源供應(yīng)器、及一過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊。在本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣中，第一電極為一包含石墨初始材料的電極座，而第二電極亦為一包含石墨初始材料的電極座或一金屬。所謂石墨初始材料亦包含石墨與金屬的混合物。為了達(dá)到電化學(xué)剝離石墨烯的目的，本發(fā)明的制造設(shè)備設(shè)置一第一電極及一第二電極于一電解液中，第一電極為一包含石墨初始材料的電極座；于第一偏壓下，進(jìn)行石墨材料的嵌入步驟；于第二偏壓下，進(jìn)行石墨材料的剝離步驟；以及最終取出電解液中的固體產(chǎn)物。在本發(fā)明中，石墨初始材料包含具石墨層狀結(jié)構(gòu)的天然石墨、人工石墨、以石墨粉體制作的復(fù)合材料、或其組合，特定來(lái)說(shuō)，石墨初始材料系包含天然石墨、高順向性石墨(highly-oriented pyrolytic graphite, H0PG)、浙青石墨(pitch-based graphite,resin-based graphite)、碳纖維(PAN-and pitch-based carbon fibers)、石炭、或其它含層狀或鱗片狀石墨的碳材料?？梢允菈K材、碎片、粉體以及不規(guī)則形貌的石墨層結(jié)晶材料，亦可以是上述形貌的石墨材以黏著體(具導(dǎo)電特性)所結(jié)合的塊體。在本發(fā)明中，為了達(dá)到量產(chǎn)效率，電極的兩極可以都是石墨初始材料或包含石墨初始材料的電極座，且以數(shù)組式或平行排列等叢集串接方式來(lái)設(shè)置。在本發(fā)明中，第一電極并不局限于只有一個(gè)，可以同時(shí)插入多個(gè)并聯(lián)的第一電極。在本發(fā)明中，第二電極并不局限于只有一個(gè)，可以同時(shí)插入多個(gè)并聯(lián)的第二電極。在本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣中，金屬系為耐酸堿的貴重金屬，例如為鉬(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、銥(Ir)、鋨(Os)、鈀(Pd)、銠(Rh)、或釕(Ru)等。其亦可包括但不限于一不易被化學(xué)蝕刻的導(dǎo)電材料，例如銅(Cu)、不銹鋼(stainless steel)、玻璃碳(glassy carbon)、導(dǎo)電高分子(conducting polymer)等。在本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣中，所述設(shè)備的電解槽為一可以填充電解液的容器，其材質(zhì)可以是玻璃、壓克力、PP、PS、PVC等高分子聚合材料、不銹鋼或其它金屬材料所制成的容器。在本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣中，電解液包含溴化氫、鹽酸、或硫酸。在本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣中，電解液系添加氫氧化鉀。在本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣中，電解液更包含一氧化劑，該氧化劑系包含重鉻酸鉀、過(guò)錳酸、或過(guò)錳酸鉀。在本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣中，為了提升電解石墨烯及石墨烯氧化物的效率或產(chǎn)物質(zhì)量，電解過(guò)程可以視需要輔以加溫、超音波震蕩、微波或是具高能量的光源照射、于電解液中以轉(zhuǎn)子(rotor)制造潤(rùn)旋(stirring)等方式來(lái)輔助剝離出石墨烯及石墨烯氧化物。在本發(fā)明中，為了達(dá)到連續(xù)化制程的目的，所剝離的產(chǎn)物可以進(jìn)料至一過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊，此模塊的第一構(gòu)件為一微孔隙的篩網(wǎng)，其尺寸系在18至1，250網(wǎng)孔(mesh)間，優(yōu)選系在35至500網(wǎng)孔(mesh)間，用以過(guò)濾未剝離的粗粒徑石墨顆粒，以及透過(guò)篩選得到適當(dāng)尺寸的產(chǎn)物；此模塊的第二構(gòu)件為一孔隙尺寸自200至1，200nm，優(yōu)選系300至SOOnm的過(guò)濾膜，其目的可以收集通過(guò)上述篩網(wǎng)的石墨烯片層產(chǎn)物。此外，第二構(gòu)件上所收集的石墨烯產(chǎn)物可以接續(xù)以大量去離子水來(lái)去除殘留的電解液，或以其它可以溶解、取代殘余離子(如K+或SO2-)的離子溶液(如HCl等)。在本發(fā)明中，偏壓系以一電流供應(yīng)器來(lái)提供，其可以是直流電或交流電供應(yīng)。在本發(fā)明的一實(shí)施態(tài)樣中，第一偏壓系介于+0.5伏特至+10伏特，優(yōu)選為介于+2.5伏特至+5伏特。在本發(fā)明的一 實(shí)施態(tài)樣中，第二偏壓系介于+5伏特至+220伏特，優(yōu)選為介于+10伏特至+100伏特。綜上所述制造設(shè)備，本發(fā)明提供一種量產(chǎn)化石墨烯及石墨烯氧化物的制造方法，其系以電化學(xué)剝離的方式進(jìn)行，亦即于室溫下透過(guò)電壓的改變即可完成嵌入及剝離石墨材料的步驟，無(wú)須另外施加高溫進(jìn)行還原，故能簡(jiǎn)化制程，且于短時(shí)間內(nèi)即可大量制成層數(shù)少、側(cè)向尺寸大及高度石墨化的石墨烯。利于工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)并應(yīng)用于各領(lǐng)域中。該量產(chǎn)化石墨烯及石墨烯氧化物的制造方法系包含:設(shè)置第一電極及第二電極于一電解液中，該第一電極為一包含石墨初始材料的電極座，該第二電極為包含石墨初始材料的電極座或一金屬(所謂石墨初始材料亦包含石墨與金屬的混合物)；于第一偏壓下，進(jìn)行該石墨初始材料的嵌入步驟；于第二偏壓下，進(jìn)行該石墨初始材料的剝離步驟；及將剝離的產(chǎn)物進(jìn)料至一過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊，該模塊包含第一構(gòu)件，其系一微孔隙的篩網(wǎng)，以及第二構(gòu)件，其系一過(guò)濾膜；于過(guò)濾膜上收集石墨烯產(chǎn)物及石墨烯氧化物。上述的制備方法系如下所述:設(shè)置一第一電極及一第二電極以分別作為陽(yáng)極及陰極，并透過(guò)電極線纏繞浸于一電解液中。首先，利用第一偏壓來(lái)進(jìn)行石墨材料的嵌入步驟，目的是讓電解液中的陰離子如硫酸根、硝酸根離子等透過(guò)電壓差而嵌插到相鄰的兩層石墨層間及或其晶粒邊界(grain boundary)上,其中第一偏壓系介于+0.5伏特至+10伏特,優(yōu)選為介于+2.5伏特至+5伏特，作用時(shí)間約I至30分鐘，優(yōu)選為I至5分鐘。接著，再利用第二偏壓來(lái)進(jìn)行石墨材料的剝離步驟，其中第二偏壓系大于第一偏壓，且介于+5伏特至+220伏特，優(yōu)選為介于+10伏特至+100伏特，作用時(shí)間無(wú)限制。需說(shuō)明的是，本發(fā)明的石墨烯及石墨烯氧化物制造方法更可包含:于一第三偏壓下，進(jìn)行石墨材料的剝離步驟。也就是除了于第二偏壓作用一段時(shí)間進(jìn)行剝離步驟外，還可以利用與第二偏壓不同的第三偏壓，來(lái)進(jìn)行剝離步驟。例如，第三偏壓的極性可與第二偏壓的極性相反，或是極性相同，但大小有差異，其中，第二偏壓和第三偏壓可分別為直流電或交流電。若第三偏壓的極性與第二偏壓的極性相反，則正向電壓可用以促進(jìn)剝離并氧化石墨烯，隨后的負(fù)向電壓則可將被氧化的石墨烯還原。在本發(fā)明一實(shí)施態(tài)樣中，第二偏壓系使用+10伏特而第三偏壓系使用-10伏特，操作時(shí)間并分別為2秒及5秒，并交替持續(xù)一段時(shí)間。另外，本發(fā)明的嵌入步驟及剝離步驟更可依據(jù)所使用的電解液成份及酸堿度的不同，而使用不同的第一偏壓及第二偏壓條件進(jìn)行變換，以達(dá)最佳的質(zhì)量及產(chǎn)量。
經(jīng)過(guò)剝離步驟后，所剝離的產(chǎn)物可以經(jīng)進(jìn)料端至一過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊，此模塊的第一構(gòu)件為一微孔隙的篩網(wǎng)(35mesh)，用以過(guò)濾未剝離的粗粒徑石墨顆粒，以及透過(guò)篩選得到適當(dāng)尺寸的產(chǎn)物；此模塊的第二構(gòu)件為一 400nm孔隙的過(guò)濾膜，其目的可以收集通過(guò)篩網(wǎng)的石墨烯片層產(chǎn)物。此外，第二構(gòu)件上所收集的石墨烯產(chǎn)物及石墨烯氧化物可以接續(xù)以大量去離子水來(lái)去除殘留的電解液，或以其它可以溶解、取代殘余離子(如K+或SO2-)的離子溶液(如HCl等)來(lái)去除殘留的電解液。而本模塊主要以一抽氣裝置S12來(lái)加速抽濾的步驟。本案實(shí)施例以真空過(guò)濾法來(lái)進(jìn)行過(guò)濾與分離。


圖1.為本發(fā)明石墨烯的制程設(shè)備示意2.為包含石墨初始材料的電極座設(shè)備示意3.為石墨烯的溶液(分散于250mL DMF溶液)圖4.為分離過(guò)濾后石墨烯固體圖5.為石墨烯固體的掃描式電子顯微鏡影像6.為石墨烯的原子力顯微圖像圖7.為石墨烯以拉曼光譜儀分析其鍵結(jié)型態(tài)的訊號(hào)圖8.為石墨烯氧化物以拉曼光譜分析其鍵結(jié)的訊號(hào)附圖標(biāo)記說(shuō)明
S01:電解槽S02:第一電極S03:電源供應(yīng)器S04:電解液S05:轉(zhuǎn)子S06:溫度控制器S07:抽水馬達(dá)S08:過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊S09:第一構(gòu)件SlO:第二構(gòu)件Sll:第二電極S12:抽氣裝置S13:石墨材料S14:隔離網(wǎng)S15:金屬電極
具體實(shí)施例方式以下具體實(shí)例應(yīng)解釋為僅具說(shuō)明性，且不以無(wú)論任何方式限制本發(fā)明的其余部分。無(wú)需進(jìn)一步闡明，相信所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)本文的描述最大限度地利用本發(fā)明。本文所引用的所有出版物都以全文引用的方式并入本文中。在本文中，除非特別限定，單數(shù)形「一」及「該」亦包括其復(fù)數(shù)形。本文中任何及所有實(shí)施例及例示性用語(yǔ)(如「例如」)目的僅為了更加突顯本發(fā)明，并非針對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制，本案說(shuō)明書中的用語(yǔ)不應(yīng)被視為暗示任何未請(qǐng)求的組件可構(gòu)成實(shí)施本發(fā)明時(shí)的必要組件。以下將參照相關(guān)圖式，說(shuō)明依本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種石墨烯及石墨烯氧化物的制造方法，其中相同的組件將以相同的參照符號(hào)加以說(shuō)明。圖1，其系為制備石墨烯及石墨烯氧化物設(shè)備的一示意圖。設(shè)置一第一電極S02及一第二電極Sll以分別作為陽(yáng)極及陰極，并透過(guò)電極線纏繞浸于一電解液S04中。第一電極S02系為一石墨材料或包含石墨的電極座，而第二電極Sll則也可為一石墨材料、包含石墨的電極座、或?yàn)橐唤饘?。其中，石墨材料除了包含石墨外，還可以是高順向性石墨(highlyoriented pyrolytic graphite, HOPG)、浙青石墨、或石炭等等,而金屬系為一不易被化學(xué)蝕刻的貴重金屬，例如為鉬、銀、金、銥、鋨、鈀、銠、或釕等，或其它導(dǎo)電材料，如銅、不銹鋼、玻璃碳、導(dǎo)電高分子等。此外，在本實(shí)施例中，第一電極系為一石墨初始材料，而第二電極系亦為一石墨初始材料。其中石墨初始材料可以是塊材、碎片、粉體以及不規(guī)則形貌的石墨層結(jié)晶材料，亦可以是上述形貌的石墨材以黏著體(具導(dǎo)電特性)所結(jié)合的塊體。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，為了達(dá)到量產(chǎn)效率，兩電極的石墨初始材料得以數(shù)組式或平行排列等叢集串接方式來(lái)設(shè)置。在本發(fā)明中，所述設(shè)備的電解槽為一可以填充電解液的容器S01，其材質(zhì)可以是玻璃、壓克力、PP、PS、PVC等高分子聚合材料、不銹鋼或其它金屬材料所制成的容器。本實(shí)施例中所使用的為玻璃容器。在本發(fā)明中，為 了提升電解石墨烯的效率或產(chǎn)物質(zhì)量，電解過(guò)程可以輔以加溫、超音波震蕩、微波或是具高能量的光源照射、于電解液中以轉(zhuǎn)子(rotor)制造渦旋等方式來(lái)輔助剝離出石墨烯。本實(shí)施例中使用轉(zhuǎn)子S05及溫度控制器S06來(lái)輔助剝離出石墨烯。本實(shí)施例以直流偏壓供應(yīng)偏壓。第一偏壓系介于+0.5伏特至+10伏特，第二偏壓系介于+5伏特至+220伏特。在本發(fā)明中，為了達(dá)到連續(xù)化制程的目的，以抽水馬達(dá)S07將所剝離的產(chǎn)物由進(jìn)料端SOl轉(zhuǎn)移至一過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊S08,此模塊的第一構(gòu)件S09為一微孔隙的篩網(wǎng)(35mesh)，用以過(guò)濾未剝離的粗粒徑石墨顆粒，以及透過(guò)篩選得到適當(dāng)尺寸的產(chǎn)物；此模塊的第二構(gòu)件SlO為一400nm孔隙的過(guò)濾膜，其目的可以收集通過(guò)篩網(wǎng)的石墨烯片層產(chǎn)物。此夕卜，第二構(gòu)件上所收集的石墨烯產(chǎn)物可以接續(xù)以大量去離子水來(lái)去除殘留的電解液，或以其它可以溶解、取代殘余離子(如K+或SO2-)的離子溶液(如HCl等)來(lái)去除殘留的電解液。而本模塊主要以一抽氣裝置S12來(lái)加速抽濾的步驟。本實(shí)施例以真空過(guò)濾法來(lái)進(jìn)行過(guò)濾與分離。圖2為包含石墨初始材料的電極座設(shè)備示意圖。若初始材料為公分(以上)尺度的塊材時(shí)，可直接連接線路形成電極；若初始材料為碎片或粉體時(shí)，則必須使用圖2所示的電極座，此構(gòu)件可做為第一電極S02或第二電極S11。其中石墨初始材料S13可以是碎片、粉體及其它微細(xì)不易直接連接導(dǎo)電線路的石墨層結(jié)晶材料。隔離網(wǎng)S14為一濾網(wǎng)(孔徑:
0.1至5_)、多孔性薄膜，或具孔洞的構(gòu)件，其主要功能有三:一.使零散的石墨初始材料保持緊致及彼此導(dǎo)通的狀態(tài)，俾與金屬電極S15形成通路，連接至電源供應(yīng)器；二.使電解液S04容易進(jìn)出，有效產(chǎn)生電化學(xué)剝離 三.使分解的石墨烯產(chǎn)物容易擴(kuò)散至溶液中，方便電解液與未反應(yīng)的石墨初始材料進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)。隔離網(wǎng)孔洞大小的選擇與初始材料尺寸相關(guān)，以不使未反應(yīng)的材料通過(guò)為原則。隔離網(wǎng)系為一耐酸堿的絕緣體，由玻璃、壓克力、PE、PP等或其它高分子聚合物，或經(jīng)絕緣防蝕處理的金屬材料所構(gòu)成。金屬電極S15目的為石墨初始材料及外部電路的連接，并可對(duì)石墨材料S13施加一固定壓力，使其導(dǎo)電效果更佳。圖3為經(jīng)過(guò)本實(shí)施例所獲得的石墨烯于二甲基甲酰胺溶液(dimethylformamide,DMF)中的分散溶液。圖4為經(jīng)過(guò)本實(shí)施例所獲得的石墨烯固體粉末。本實(shí)施例透過(guò)掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM,JE0L-6330F)、原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM, Veeco Dimension-1consystem)，以進(jìn)行觀察石墨烯薄片制成后的外觀。圖5為本實(shí)施例中石墨烯薄片固體粉末的掃瞄式電子顯微影像。顯示本實(shí)施例所獲得的石墨烯粉末為層狀堆棧且高純度的石墨烯。將石墨烯墨水于二氧化硅(SiO2)的基板上以滴鍍方式形成一薄膜，再利用原子力顯微鏡觀察石墨烯薄片的形態(tài)。如圖6所示，所獲得的石墨烯分散液中，石墨烯薄片的厚度均小于或等于3nm,且當(dāng)中約有65%的石墨烯薄片的厚度小于2nm,可見由本實(shí)施例所制造出來(lái)的石墨烯薄片的厚度非常小。請(qǐng)參照?qǐng)D7,其為石墨烯薄片以拉曼光譜儀(NT-MDT confocal Ramanmicroscopic system)分析其鍵結(jié)的數(shù)據(jù)圖。本實(shí)施例取一經(jīng)AFM觀察得知厚度為1.6nm的石墨烯薄片，利用拉曼光譜儀以473nm波長(zhǎng)下進(jìn)行激發(fā)并分析石墨烯的分子鍵結(jié)結(jié)構(gòu)。如圖中所示，出現(xiàn)位于約1580CHT1的G峰呈現(xiàn)較窄且強(qiáng)度較高的形態(tài)，顯示由本發(fā)明的制備方法所獲得的石墨烯具有較佳石墨結(jié)晶型態(tài)(graphitization)。一般而言,單層的石墨烯的2D/G強(qiáng)度比值通常大于雙層石墨烯的2D/G強(qiáng)度比值，與圖7中所觀察位于2720CHT1出現(xiàn)的2D峰,其與G峰的比值卻較習(xí)知方法中制成的單層還原態(tài)氧化石墨烯(reduced grapheneoxide)比值大，因此再次證明本發(fā)明的石墨烯具有較佳的石墨化。另于制備過(guò)程中，將電解直流偏壓增加或是增加電解液酸度，可以產(chǎn)出石墨烯氧化物，其純化過(guò)程僅需過(guò)濾及水洗即可，其生產(chǎn)方式步`驟及原料設(shè)備皆同于上述制備石墨烯的敘述。以此方法制備的石墨烯氧化物其拉曼光譜儀特征峰如圖8所示。以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對(duì)其進(jìn)行的等效修改或變更，均應(yīng)包含于后附的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種規(guī)?；慨a(chǎn)石墨烯及石墨烯氧化物的制造設(shè)備，其包含: 第一電極，其系包含石墨初始材料的電極座， 第二電極，其系包含石墨初始材料的電極座、一金屬、或包含石墨與金屬的混合物，及 一電解槽，其中填充電解液、一電源供應(yīng)器，一過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該石墨初始材料包含天然石墨、聞順向性石墨、浙青石墨、碳纖維、石炭、或其它含層狀或鱗片狀石墨的碳材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該第一及第二電極皆包含石墨初始材料的電極座，且系以數(shù)組式或平行排列的叢集串接方式設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該第一電極系多個(gè)并聯(lián)的第一電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該第二電極系多個(gè)并聯(lián)的第二電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該金屬系為耐酸堿的貴重金屬、或其它導(dǎo)電材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該電解液包含溴化氫、鹽酸、或硫酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含一抽氣裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中該過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊，包含第一構(gòu)件，其系為一具微孔隙的篩網(wǎng)；以及第二構(gòu)件，其系一過(guò)濾膜；其中該具微孔隙的篩網(wǎng)其尺寸系在18至1，250網(wǎng)孔間，且其中該過(guò)濾膜具有孔隙尺寸為200至1，200nm。
10.一種制造石墨烯及石墨烯氧化物的方法，包含: 設(shè)置第一電極及第二電極于一電解液中，該第一電極為一包含石墨初始材料的電極座，該第二電極為包含石墨初始材料的電極座或一金屬或包含石墨與金屬的混合物； 于一第一偏壓下，進(jìn)行該石墨初始材料的嵌入步驟； 于一第二偏壓下，進(jìn)行該石墨初始材料的剝離步驟；及 將剝離的產(chǎn)物進(jìn)料至一過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊，該模塊包含第一構(gòu)件，其系一微孔隙的篩網(wǎng)，以及第二構(gòu)件，其系一過(guò)濾膜；于過(guò)濾膜上收集石墨烯產(chǎn)物及石墨烯氧化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該石墨初始材料包含天然石墨、聞順向性石墨、浙青石墨、碳纖維、石炭、或其它含層狀或鱗片狀石墨的碳材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該第一電極及第二電極皆包含石墨初始材料的電極座，且系以數(shù)組式或平行排列的叢集串接方式設(shè)置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中該第一電極系多個(gè)并聯(lián)的第一電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該第二電極系多個(gè)并聯(lián)的第二電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該金屬系為耐酸堿的貴重金屬、或其它導(dǎo)電材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該電解液包含溴化氫、鹽酸、或硫酸，或其它導(dǎo)電材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包含一抽氣裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中第一偏壓系介于+0.5伏特至+10伏特。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中第二偏壓系介于+5伏特至+220伏特。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該偏壓系以直流電或交流電供應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求10至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中該過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊，包含第一構(gòu)件，其系為一具微孔隙的篩網(wǎng)；以及第二構(gòu)件，其系一過(guò)濾膜；其中該具微孔隙的篩網(wǎng)其尺寸系在18至1，250網(wǎng)孔 間，且其中該過(guò)濾膜具有孔隙尺寸為200至1，200nm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種規(guī)模化量產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯及石墨烯氧化物的制程設(shè)備，其包含一石墨初始材料的電極座、一電解槽、一電源供應(yīng)器及一過(guò)濾與分離產(chǎn)物的模塊。透過(guò)本發(fā)明的制程設(shè)備，可以基于電化學(xué)剝離法來(lái)快速且大量制備石墨烯及石墨烯氧化物，特別是于室溫下即可剝離合成出高質(zhì)量的石墨烯或石墨烯氧化物。本發(fā)明另揭示一種規(guī)?；慨a(chǎn)高質(zhì)量石墨烯及石墨烯氧化物的制造方法，其具有制程簡(jiǎn)易且達(dá)到連續(xù)化制程的優(yōu)點(diǎn)，可以降低成本。
文檔編號(hào)C01B31/04GK103204494SQ20121002177
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者李連忠, 蘇清源, 林正得 申請(qǐng)人:中央研究院