制備石墨烯殼的方法和使用該方法制備的石墨烯殼技術

本發明專利技術公開了一種制備石墨烯殼的方法和一種使用該方法制備的石墨烯殼。對有機溶劑和石墨化催化劑的混合物執行第一熱處理工藝，以便用從有機溶劑分解的碳對石墨化催化劑進行滲碳。石墨化催化劑為顆粒的形式。在惰性氣體氛圍或還原性氣體氛圍下對滲碳石墨化催化劑執行第二熱處理工藝，從而在滲碳石墨化催化劑的表面上形成石墨烯殼。

【技術實現步驟摘要】

本公開涉及一種制備石墨烯殼(graphene?shell)的方法和一種使用該方法獲得的石墨烯殼。
技術介紹
通常，石墨以堆疊的二維石墨烯片(graphene?sheet)的形式存在，其中，石墨烯片均是由以六邊形連接的碳原子構成的。近來的研究已經發現，從石墨剝離(rip)的一層或多層石墨烯片具有非常有用的不同于現有材料的特征。石墨烯片的最近被發現的特征之一在于電子在石墨烯片中的運動就好象電子沒有質量似的，這點非常有吸引力。這就意味著電子可以以光在真空中的速度運動。此外，石墨烯片具有不同尋常的電子-空穴特征，即，半整數量子霍爾效應。目前公知的石墨烯片的電子遷移率的范圍是從大約20000cm2/Vs到50000cm2/Vs。即使利用廉價的材料來合成碳納米管，但由于提純產率低，也導致碳納米管昂貴。因此，與廉價的石墨烯片相比，碳納米管在成本方面沒有競爭力。根據單壁碳納米管的手性和直徑，單壁碳納米管具有金屬特征或半導體特征。此外，雖然單壁碳納米管具有半導體特征，但是單壁碳納米管具有不同的能帶隙。因此，例如，當只有金屬性單壁碳納米管或只有半導體單壁碳納米管是必需的時候，應當從給定的單壁碳納米管分離出金屬性單壁碳納米管或半導體單壁碳納米管。然而，在實際情況下，根據單壁碳納米管的特征要分離單壁碳納米管是非常困難的。然而，石墨烯片的電學特征根據給定厚度的石墨烯片的晶向而變化，因此可以控制石墨烯片的電學特征。利用石墨烯片可以容易地制造出期望的裝置。石墨烯片的這些特征對碳基電氣裝置或碳基電磁裝置會非常有用。然而，難以設計出將石墨烯片制成三維結構的節省成本且再現性高的方法。目前公知的將石墨烯片制成三維結構的方法包括微觀力學方法和SiC晶體熱分解方法。-->在微觀力學方法中，將一片諸如Scotch帶的帶附著到石墨，然后剝去該帶而獲得粘附到該帶的石墨烯片。然而，在這種情況下，石墨烯片的數量是不可預料的，并且所獲得的石墨烯片的形狀象撕破的紙一樣不規則。在SiC晶體熱分解方法中，對SiC單晶進行加熱以使表面層的SiC分解，因而去除Si。剩余的碳(C)形成石墨烯片。然而，SiC單晶熱分解方法的缺點在于，SiC單晶非常昂貴，且難以制造大的石墨烯片。此外，難以控制石墨烯片的結晶特征和三維形狀。因此，需要一種制造具有良好的結晶特征和三維結構的石墨烯片的方法。
技術實現思路
本專利技術提供了一種制備石墨烯殼的方法。本專利技術還提供了一種使用該方法制備的石墨烯殼。公開了一種制備石墨烯殼的方法，該方法包括如下步驟：對有機溶劑和具有三維顆粒的石墨化催化劑的混合物執行第一熱處理工藝，以便用從有機溶劑分解的碳對石墨化催化劑進行滲碳；通過在惰性氣體氛圍或還原性氣體氛圍下對滲碳石墨化催化劑執行第二熱處理工藝，在滲碳石墨化催化劑的表面上形成石墨烯殼。有機溶劑可包括醇類有機溶劑、醚類有機溶劑、酮類有機溶劑、酯類有機溶劑或酸類有機溶劑。有機溶劑可包括從由一元醇和多元醇組成的組中選擇的至少一種有機溶劑?？梢詫⒂伤蛪A組成的組中選擇的至少一種材料加到有機溶劑中。石墨化催化劑可以在石墨化催化劑的滲碳之前或在石墨化催化劑的滲碳的同時，由有機溶劑中的催化劑前驅物形成。催化劑前驅物可以是石墨化催化劑的金屬鹽。石墨化催化劑的三維顆?？梢跃哂星蛐涡螤?、圓柱形形狀或多面體形狀。石墨化催化劑可以包括從由Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V和Zr組中選擇的至少一種材料?？梢栽诖蠹s100℃至大約400℃的溫度范圍內執行第一熱處理工藝大約10分鐘至大約24小時?？梢栽诖蠹s400℃至大約1000℃的溫度范圍內執行第二熱處理工藝大約-->幾秒鐘至大約10小時。該方法還可包括執行酸處理工藝，以從石墨烯殼去除石墨化催化劑，從而在形成石墨烯殼之后分離石墨烯殼。該方法還可包括在執行酸處理工藝之后，對石墨烯殼執行第三熱處理工藝?？梢栽诖蠹s1000℃至大約3000℃的溫度范圍內執行第三熱處理工藝大約幾秒鐘至大約10小時。通過調節石墨化催化劑的滲碳速率和時間或者調節第一熱處理工藝和第二熱處理工藝的時間，石墨烯殼可以具有可變的厚度。石墨烯殼可以具有由石墨化催化劑的三維顆粒的形狀決定的形狀。此外，公開了一種利用該方法得到的石墨烯殼。附圖說明通過參照附圖來詳細地描述公開的實施例的示例性實施例，公開的實施例的上述和其他特征和優點將變得更加清楚，在附圖中：圖1是示出了制備石墨烯殼的方法的示意圖；圖2是示出了利用三維催化劑金屬顆粒制備的石墨烯殼的三維形狀的示意圖；圖3是示例1的石墨烯殼的透射電子顯微鏡(TEM)圖像；圖4是示例2的鎳顆粒上的石墨烯殼的TEM圖像；圖5是示例1和示例2的石墨烯殼的拉曼光譜；圖6A至圖9是示例3至示例6的石墨烯殼的TEM圖像；圖10是示例6的石墨烯殼的拉曼光譜。具體實施方式現在，將參照附圖來更充分地描述公開的實施例，在附圖中示出了示例性實施例。應該理解的是，當元件被稱作“在”另一元件“上”時，該元件可以直接在另一元件上，或者可以在該元件和另一元件之間存在中間元件。相反，當元件被稱作“設置在”或“形成在”另一元件“上”時，除非另有說明，否則要理解成這些元件至少局部彼此接觸。-->這里使用的術語僅是為了描述具體實施例的目的，而不意圖限制本專利技術。如這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式。術語“第一”、“第二”等的使用并不意味著任何具體的順序，而是使用這些術語來識別單獨的元件。還將理解的是，當在該說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，說明存在所述特征、區域、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其它特征、區域、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。除非另有定義，否則這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本專利技術所屬領域的普通技術人員所通常理解的意思相同的意思。還將理解的是，除非這里明確定義，否則術語例如那些在通用的字典中定義的術語應當被解釋為具有與相關領域和本公開的環境中它們的意思相一致的意思，而不是理想地或者過于正式地解釋它們的意思。在附圖中，附圖中的相同標號表示相同的元件，為了清晰起見，夸大了層和區域的厚度。根據示例性實施例，提供了一種制備石墨烯殼的方法。石墨烯殼可以用于各種領域。石墨烯殼具有良好的結晶特征。可以容易地控制石墨烯殼的形狀和厚度。在這里使用的術語“石墨烯”表示均具有多個共價連接的碳原子的多環芳香分子?？梢栽谑┲信帕泄矁r連接的碳原子的6元環，還可以在石墨烯中排列共價連接的碳原子的5元環和/或7元環。因此，可以將石墨烯看作是單層共價結合的碳原子(通常為sp2鍵)。石墨烯可具有包括諸如球形形狀、圓柱形形狀和多面體形狀的三維形狀的各種形狀。具有這種三維形狀的石墨烯可以稱作石墨烯殼。多面體形狀包括四面體形狀和六面體形狀。六面體形狀包括與其長度和寬度相比厚度小的六面體形狀。即，六面體形狀包括與其面積相比厚度小的板狀。然而，六面體形狀不會包括球形形狀和圓柱形形狀。石墨烯殼的形狀可以由包括在石墨烯殼中的5元環和/或7元環的位置和密集度來確定。石墨烯殼可以具有中空的形狀。因為石墨烯殼可能具有由于例如在成形工藝之后執行的催化劑去除工藝過程中形成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1、一種制備石墨烯殼的方法，包括如下步驟：對有機溶劑和石墨化催化劑的混合物執行第一熱處理工藝，以便用從有機溶劑分解的碳對石墨化催化劑進行滲碳，石墨化催化劑為顆粒的形式；通過在惰性氣體氛圍或還原性氣體氛圍下對滲碳石墨化催化劑執行第二熱處理工藝，在滲碳石墨化催化劑的表面上形成石墨烯殼。

【技術特征摘要】
2007.12.17 KR 10-2007-01326811、一種制備石墨烯殼的方法，包括如下步驟：對有機溶劑和石墨化催化劑的混合物執行第一熱處理工藝，以便用從有機溶劑分解的碳對石墨化催化劑進行滲碳，石墨化催化劑為顆粒的形式；通過在惰性氣體氛圍或還原性氣體氛圍下對滲碳石墨化催化劑執行第二熱處理工藝，在滲碳石墨化催化劑的表面上形成石墨烯殼。2、如權利要求1所述的方法，其中，有機溶劑為沸點為60℃至400℃的極性有機溶劑或非極性有機溶劑。3、如權利要求1所述的方法，其中，有機溶劑包括醇類有機溶劑、醚類有機溶劑、酮類有機溶劑、酯類有機溶劑、酸類有機溶劑或它們的混合物。4、如權利要求1所述的方法，其中，有機溶劑為醇類有機溶劑或醚類有機溶劑或它們的混合物。5、如權利要求4所述的方法，其中，醇類有機溶劑是從由一元醇和多元醇組成的組中選擇的。6、如權利要求5所述的方法，其中，一元醇是從由丙醇、戊醇、己醇、庚醇和辛醇組成的組中選擇的。7、如權利要求5所述的方法，其中，多元醇是從由丙二醇、二甘醇、二丙二醇、三甘醇、三丙二醇、辛二醇、四甘醇、新戊二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、2，3-丁二醇、2，2-二甲基-1，4-丁二醇和2，2-二甲基-1，3-丁二醇組成的組中選擇的。8、如權利要求1所述的方法，其中，將堿加到有機溶劑中。9、如權利要求8所述的方法，其中，堿包括有機堿和無機堿中的至少一種。10、如權利要求8所述的方法，其中，堿是從由四甲基氫氧化銨、氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的組中選擇的。11、如權利要求8所述的方法，其中，堿以0.01...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尹善美，崔在榮，申鉉振，
申請(專利權)人：三星電子株式會社，
類型：發明
國別省市：韓國;KR