專利名稱：一種超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
自2004年英國(guó)科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室成功制備出單層石墨烯以來，石墨烯迅速成為納米科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。石墨烯是具有單層碳原子厚度的，由碳原子呈二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)排列的一種新型碳質(zhì)材料，是所有其他維數(shù)碳質(zhì)材料的基本組成單元。它的厚度只有 0. 335nm，僅為頭發(fā)的20萬分之一，可以包成零維的富勒烯，卷曲成一維的碳納米管，堆砌成三維的石墨。石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯在原子尺度上結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用相對(duì)論量子物理學(xué)(relativistic quantumphysics)才能描繪。石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。 石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。石墨烯具有良好的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)。它具有非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。石墨烯片層內(nèi)各碳原子完美排列，受到外力時(shí)，碳原子可以彎曲變形，不用重新排列，保持了它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在石墨烯平面上，碳原子的排列使它非常牢固堅(jiān)硬，抗張強(qiáng)度可達(dá)到50-200GPa，彈性模量可達(dá)lTPa，是目前世界上制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法。羧酸類、胺類、異氰酸酯類、羰基類、羥基類有機(jī)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活潑，可以進(jìn)行架橋反應(yīng)，本發(fā)明使用納米石墨烯與液體或者粉末架橋碳基材料進(jìn)行混合，制備了一種超導(dǎo)電、 導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜，其制備方法步驟為第一階段混合，將質(zhì)量百分比10% -80%納米石墨烯與20% -90%液體或粉體架橋碳基分別放入混合設(shè)備中，然后向該混合設(shè)備中充入氮?dú)獗Ｗo(hù)，在室溫下進(jìn)行混合1-10 小時(shí)；第二階段加熱，將混合后的物料經(jīng)混合設(shè)備下料閥由真空泵吸到加熱箱內(nèi)，加料完畢后，啟動(dòng)電加熱·，加熱溫度100-500°C，加熱時(shí)間1-20小時(shí)；第三階段成膜，將經(jīng)加熱的混合物料經(jīng)過加熱箱的下料口自由下落到布料區(qū)，然后由刮板，布料輥將混合料均勻攤開，經(jīng)傳輸帶將混合物料送到預(yù)壓輥中，控制壓力1-10 個(gè)大氣壓，經(jīng)預(yù)壓的石墨碳基料經(jīng)壓輥傳送到下一組壓輥壓實(shí)，經(jīng)壓實(shí)成薄膜的混合物料再依次傳至最終的壓實(shí)輥，將混合物料壓制厚度小于0. Imm的復(fù)合薄膜；第四階段掃描熱架橋反應(yīng)，將復(fù)合薄膜經(jīng)過壓實(shí)輥傳送至掃描區(qū)域，用激光束、電子束或離子束對(duì)復(fù)合薄膜進(jìn)行逐行掃描，使復(fù)合薄膜被掃描到部位的溫度高于3000°C，以實(shí)現(xiàn)碳化、石墨化、長(zhǎng)晶，架橋反應(yīng)，使納米石墨烯之分子架與架橋碳基之分子架完美結(jié)合， 成為超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜；第五階段收卷，將經(jīng)掃描后的復(fù)合薄膜切邊后由收卷裝置收卷，收卷裝置預(yù)安裝光電糾偏裝置，以保證收卷端面的平整度。在上述制備方法中，所述的液體或粉體架橋碳基為胺類、羧酸類、異氰酸酯類、羰基類、羥基類有機(jī)物質(zhì)中的至少兩種，比例為反應(yīng)的摩爾配比。在上述制備方法中，加熱、成膜、掃描熱架橋反應(yīng)各個(gè)階段的廢氣經(jīng)廢氣處理管路由引風(fēng)機(jī)集中排放處理。本發(fā)明制備方法的突出優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單，條件控制容易，并以能量束掃描饋能形式巧妙地實(shí)現(xiàn)石墨烯分子架與碳基分子架間架橋反應(yīng)，使石墨烯自身所擁有的良好的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)在本發(fā)明制備方法的產(chǎn)物一復(fù)合薄膜中得以較好的體現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一將IOOg納米石墨烯加上900g摩爾配比為1 1的乙二胺和醋酸分別放入石墨烯復(fù)合薄膜連續(xù)機(jī)的加料斗中，然后向螺帶混合機(jī)中充入氮?dú)獗Ｗo(hù)，在室溫下進(jìn)行混合10小時(shí)；混合后的物料經(jīng)下料閥由真空泵吸到加熱箱內(nèi)，加料完畢后，啟動(dòng)電加熱.，加熱溫度 100°C，加熱時(shí)間10小時(shí)；經(jīng)加熱的混合物料經(jīng)過加熱箱的下料口自由下落到布料區(qū)，然后由刮板，布料輥將混合料均勻攤開，經(jīng)傳輸帶將物料送到預(yù)壓輥中，控制壓力1個(gè)大氣壓， 經(jīng)預(yù)壓的石墨碳基料經(jīng)壓輥傳送到下一組壓輥壓實(shí)，經(jīng)壓實(shí)成薄膜的碳基物料帶依次傳至最終的壓實(shí)輥(第四組壓輥)將混合物料壓制厚度60um之復(fù)合薄膜；復(fù)合薄膜經(jīng)過壓實(shí)輥傳送至掃描區(qū)域，用激光束、電子束或離子束進(jìn)行逐行掃瞄，使復(fù)合薄膜被掃描部位溫度至 3500°C，進(jìn)行碳化、石墨化、長(zhǎng)晶，架橋反應(yīng)，使納米石墨烯之分子架與架橋碳基之分子架完美結(jié)合，成為超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜；經(jīng)掃描后的復(fù)合薄膜切邊后由收卷裝置收卷，收卷裝置預(yù)安裝光電糾偏裝置，以保證收卷端面的平整度；在本實(shí)施例中，加熱、 成膜、掃描熱架橋反應(yīng)各個(gè)階段的廢氣經(jīng)廢氣處理管路由引風(fēng)機(jī)集中排放處理。石墨烯復(fù)合薄膜連續(xù)機(jī)內(nèi)的廢氣處理管路由引風(fēng)機(jī)集中排放處理。實(shí)施例二 將IOOg納米石墨烯加上900g摩爾配比為1 1的乙醇和醋酸分別放入石墨烯復(fù)合薄膜連續(xù)機(jī)的加料斗中，然后向螺帶混合機(jī)中充入氮?dú)獗Ｗo(hù)，在室溫下進(jìn)行混合10小時(shí)；混合后的物料經(jīng)下料閥由真空泵吸到加熱箱內(nèi)，加料完畢后，啟動(dòng)電加熱.，加熱溫度 100°C，加熱時(shí)間10小時(shí)；經(jīng)加熱的碳基混合物料經(jīng)過加熱箱的下料口自由下落到布料區(qū)， 然后由刮板，布料輥將混合料均勻攤開，經(jīng)傳輸帶將物料送到預(yù)壓輥中，控制壓力1個(gè)大氣壓，經(jīng)預(yù)壓的石墨碳基料經(jīng)壓輥傳送到下一組壓輥壓實(shí)，經(jīng)壓實(shí)成薄膜的碳基物料帶依次傳至最終的壓實(shí)輥(第四組壓輥)將混合物料壓制厚度60um之復(fù)合薄膜；復(fù)合薄膜經(jīng)過壓實(shí)輥傳送至掃描區(qū)域，用激光束、電子束或離子束進(jìn)行逐行掃瞄，使復(fù)合薄膜被掃描部位溫度上升至3500°C，進(jìn)行碳化、石墨化、長(zhǎng)晶，架橋反應(yīng)，使納米石墨烯之分子架與架橋碳基之分子架完美結(jié)合，成為超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜；經(jīng)掃描后的復(fù)合薄膜切邊后由收卷裝置收卷，收卷裝置預(yù)安裝光電糾偏裝置，以保證收卷端面的平整度；在本實(shí)施例中，加熱、成膜、掃描熱架橋反應(yīng)各個(gè)階段的廢氣經(jīng)廢氣處理管路由引風(fēng)機(jī)集中排放處理。實(shí)施例三將300g納米石墨烯、700g摩爾配比為1 1的甲苯二異氰酸酯和乙二胺分別放入石墨烯復(fù)合薄膜連續(xù)機(jī)的加料斗中，然后向螺帶混合機(jī)中充入氮?dú)獗Ｗo(hù)，在室溫下進(jìn)行混合10小時(shí)；混合后的物料經(jīng)下料閥由真空泵吸到加熱箱內(nèi)，加料完畢后，啟動(dòng)電加熱.，加熱溫度500°C，加熱時(shí)間20小時(shí)；經(jīng)加熱的碳基混合物料經(jīng)過加熱箱的下料口自由下落到布料區(qū)，然后由刮板，布料輥將混合料均勻攤開，經(jīng)傳輸帶將物料送到預(yù)壓輥中，控制輥壓的壓力10個(gè)大氣壓，經(jīng)預(yù)壓的石墨碳基料經(jīng)壓輥傳送到下一組壓輥壓實(shí)，經(jīng)壓實(shí)成薄膜的碳基物料帶依次傳至最終的壓實(shí)輥(第四組壓輥)將混合物料壓制厚度50um之復(fù)合薄膜； 復(fù)合薄膜經(jīng)過壓實(shí)輥傳送至掃描區(qū)域，用激光束、電子束或離子束進(jìn)行逐行掃瞄復(fù)合薄膜上至3500°C，進(jìn)行碳化、石墨化、長(zhǎng)晶，架橋反應(yīng)，使納米石墨烯之分子架與架橋碳基之分子架完美結(jié)合，成為超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜；經(jīng)掃描后的復(fù)合薄膜切邊后由收卷裝置收卷，收卷裝置預(yù)安裝光電糾偏裝置，以保證收卷端面的平整度；在本實(shí)施例中， 加熱、成膜、掃描熱架橋反應(yīng)各個(gè)階段的廢氣經(jīng)廢氣處理管路由引風(fēng)機(jī)集中排放處理。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法，其步驟為第一階段混合，將質(zhì)量百分比10% -80%納米石墨烯與20% -90%液體或粉體架橋碳基分別放入混合設(shè)備中，然后向該混合設(shè)備中充入氮?dú)獗Ｗo(hù)，在室溫下進(jìn)行混合1-10小時(shí)；第二階段加熱，將混合后的物料經(jīng)混合設(shè)備下料閥由真空泵吸到加熱箱內(nèi)，加料完畢后，啟動(dòng)電加熱·，加熱溫度100-500°C，加熱時(shí)間1-20小時(shí)；第三階段成膜，將經(jīng)加熱的混合物料經(jīng)過加熱箱的下料口自由下落到布料區(qū)，然后由刮板，布料輥將混合料均勻攤開，經(jīng)傳輸帶將混合物料送到預(yù)壓輥中，控制壓力1-10個(gè)大氣壓，經(jīng)預(yù)壓的石墨碳基料經(jīng)壓輥傳送到下一組壓輥壓實(shí)，經(jīng)壓實(shí)成薄膜的混合物料再依次傳至最終的壓實(shí)輥，將混合物料壓制厚度小于0. Imm的復(fù)合薄膜；第四階段掃描熱架橋反應(yīng)，將復(fù)合薄膜經(jīng)過壓實(shí)輥傳送至掃描區(qū)域，用激光束、電子束或離子束對(duì)復(fù)合薄膜進(jìn)行逐行掃描，使復(fù)合薄膜被掃描到部位的溫度高于3000°C，以實(shí)現(xiàn)碳化、石墨化、長(zhǎng)晶，架橋反應(yīng)，使納米石墨烯之分子架與架橋碳基之分子架完美結(jié)合，成為超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜；第五階段收卷，將經(jīng)掃描后的復(fù)合薄膜切邊后由收卷裝置收卷，收卷裝置預(yù)安裝光電糾偏裝置，以保證收卷端面的平整度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于所述的液體或粉體架橋碳基為胺類、羧酸類、異氰酸酯類、羰基類、羥基類有機(jī)物質(zhì)中的至少兩種，比例為反應(yīng)的摩爾配比。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于上述加熱、成膜、掃描熱架橋反應(yīng)各個(gè)階段的廢氣經(jīng)廢氣處理管路由引風(fēng)機(jī)集中排放處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超高強(qiáng)度石墨烯復(fù)合薄膜的制備方法，步驟一，將質(zhì)量百分比10％-80％納米石墨烯與20％-90％液體或粉體架橋碳基在充氮混合機(jī)中室溫混合1-10小時(shí)；步驟二，混合后物料由真空泵吸到加熱箱內(nèi)，加熱至100-500℃，加熱1-20小時(shí)；步驟三，加熱后混合物料自由落到布料區(qū)，由刮板，布料輥將混合物料均勻攤開，送到預(yù)壓輥中，控制壓力0.1-1.0Mpa，再經(jīng)多組壓輥壓實(shí)，拉出厚度小于100μm的復(fù)合薄膜；步驟四，用激光束、電子束或離子束對(duì)復(fù)合薄膜進(jìn)行逐行掃瞄，使復(fù)合薄膜被掃描到部位的溫度高于3000℃，以實(shí)現(xiàn)碳化、石墨化、長(zhǎng)晶，并使納米石墨烯之分子架與架橋碳基之分子架完美結(jié)合；步驟五，將掃描后的復(fù)合薄膜切邊后收卷。本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單、緊湊，可由一臺(tái)連續(xù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102180461SQ20111002730
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者耿世達(dá) 申請(qǐng)人:耿世達(dá)