Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4297
.pdf
Изделие, изготовленное с использованием порошка графена в соответствии с изобретением, может обладать
следующей особенностью:
[0222]
Графеновый порошок используется в
[0223]
Изделие из цемента, свежего бетона, бетонного изделия, электрокерамического изделия, лабораторного или
промышленного керамического изделия, углеродного электрода, изделия из углерода или графита,
искусственной кости, гипсового изделия, гипсокартона, пластмасс, синтетического каучука, краски,
типографской краски, печатного электронного компонента, желатина или клея, масла, смазочного масла или
смазки, трубы, строительного материала, пищевой пленки, медицинской пленки, кухонного изделия, игрушки,
корпуса для устройства обработки информации, бытового электрооборудования, ПЭТ-бутылки для напитков,
компонентов машин, промышленного клея, теплоотражающей смазки, упаковочного материала,
конструкционных пластмасс, мебели, шин, медицинской резины, термостойкой прокладки, антивибрационной
резины и резинового изделия. Графен, обладающий высокой чистотой и качеством, образует мелкие частицы
и обеспечивает высокую степень диспергирования, что позволяет использовать его в различных изделиях и
компонентах, таких как химические продукты, керамика, изделия из глины и камня, а также товары народного
потребления.
Добавление порошка графена в смолу может повысить ее прочность и обеспечить получение смолы с
превосходными электропроводящими свойствами, теплопроводностью, прозрачностью, коррозионной
стойкостью и газобарьерными свойствами.
Кроме того, благодаря хорошей диспергируемости графенового порошка, он может быть равномерно
диспергирован в смоле.
Например, порошок графена может быть добавлен в смолу и, таким образом, может использоваться в одном
из продуктов: цементе, свежем бетоне, бетонном изделии, электрокерамическом изделии, лабораторной или
промышленной керамике; углеродном электроде, углеродном или графитовом изделии, искусственной кости,
гипсовом изделии, гипсокартоне, пластмассах, синтетическом каучуке, краске, типографской краске, печатном
электронном компоненте, желатине или клее, масле, смазочном масле или консистентной смазке, трубе,
строительном материале, пищевой пленке, медицинской пленке, кухонном изделии, игрушке, шасси для
устройства обработки информации, бытовом электрооборудовании, ПЭТ-бутылке для напитков, компоненте
оборудования, промышленном клее, теплоотражающей смазке, упаковочном материале, конструкционном
пластике, мебели, шине, медицинской резине, термостойкой прокладке, антивибрационной резине и
резиновом изделии. Использование порошка графена может обеспечить получение изделия с повышенной
прочностью и превосходными электропроводящими, теплопроводящими, коррозионно-стойкими и
газобарьерными свойствами.
[0224]
{0055}
[0225]
Изделие, изготовленное с использованием порошка графена в соответствии с изобретением, может обладать
следующей особенностью:
[0226]
Порошок графена добавляется в смолу.
[0227]
который состоит из одного из следующих компонентов: поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полистирол,
АБС-пластик, полиацеталь, поликарбонат, ПЭТ, фторполимер, эпоксидная смола и силиконовая смола.
[0228]
Согласно описанию, графен, обладающий высокой чистотой и качеством, измельченный до мелких частиц и
имеющий большую степень диспергирования, может быть использован в различных смоляных изделиях и
компонентах смол.
Добавление порошка графена в смолу может повысить ее прочность и обеспечить превосходные
электропроводность, теплопроводность, прозрачность, коррозионную стойкость и газобарьерные свойства.
Кроме того, благодаря хорошей диспергируемости графенового порошка, он может быть равномерно
диспергирован в смоле.
Например, порошок графена может быть добавлен в смолу, которая может состоять из одного из следующих
компонентов: поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полистирол, АБС-пластик, полиацеталь,
поликарбонат, ПЭТ, фторсодержащая смола, тефлон (зарегистрированное торговое наименование),
эпоксидная смола и силиконовая смола, и использование смолы с добавлением порошка графена может
обеспечить получение канифоли, обладающей превосходными электропроводностью, теплопроводностью,
прозрачностью, коррозионной стойкостью и газобарьерными свойствами.
[0229]
{0056}
[0230]
Изделие, изготовленное с использованием порошка графена в соответствии с изобретением, может обладать
следующей особенностью:
[0231]
Порошок графена диспергирован в жидкости в точке нулевого заряда (PZC).
[0232]
Согласно описанию, порошок графена может быть диспергирован в жидкости путем уравновешивания
потенциалов веществ, диспергированных в жидкости.
Например, порошок графена может быть диспергирован в жидкости путем уравновешивания потенциала
посредством контроля pH в жидкости.
[0233]
{0057}
[0234]
Изделие, изготовленное с использованием порошка графена в соответствии с изобретением, может обладать
следующей особенностью:
[0235]
Жидкость представляет собой чернила, раствор или дисперсию смолы.
В соответствии с данной особенностью, например, порошок графена может быть диспергирован в чернилах в
точке нулевого заряда, в результате чего получаются чернила, содержащие порошок графена (т.е.,
графеновые чернила).
Кроме того, порошок графена может быть диспергирован в растворе или смоляной дисперсии в точке
нулевого заряда, что позволяет получить в качестве продукта, использующего порошок графена, раствор,
содержащий порошок графена (т.е., раствор графена), или смоляную дисперсию, содержащую порошок
графена (т.е., смоляную дисперсию графена).
[0238]
{КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ) {0058}
[0239]
Рис. 1 представляет собой первую блок-схему, иллюстрирующую устройство для получения порошка графена
в приведенных примерах.
[0240]
На рис. 2 представлены иллюстративные диаграммы (а) и (б), описывающие расщепление порошка графена в
приведенных примерах.
На рис. 3 представлена вторая блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения порошка графена в
приведенных примерах.
[0241]
На рис. 4 представлена третья блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения порошка графена в
приведенных примерах.
[0242]
На рис. 5 представлены иллюстративные диаграммы (а) и (б), описывающие расщепление порошка графена в
приведенных примерах.
На рис. 6 представлена четвертая блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения порошка графена
в приведенных примерах.
[0243]
На рис. 7 представлены иллюстративные диаграммы (а) и (б), описывающие расщепление порошка графена в
приведенных примерах.
На рис. 8 представлена пятая блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения порошка графена в
приведенных примерах.
[0244]
На рис. 9 представлены иллюстративные диаграммы (а) и (б), описывающие расщепление порошка графена в
приведенных примерах.
На рис. 10 представлена первая блок-схема, иллюстрирующая устройство для смешивания порошка графена
со смолой, резиной или подобным веществом для образования гранул мастер-смеси, а также устройство для
производства изделия из смолы или резины с использованием этих гранул в приведенных примерах.
[0246]
На рис. 11 представлена вторая блок-схема, иллюстрирующая устройство для производства смолы или
резинового изделия с добавлением порошка графена в приведенных примерах.
[0247]
На рис. 12 представлено изображение, полученное при наблюдении порошка графена с помощью
сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) в приведенных примерах.
[0248]
На рис. 13 представлена иллюстративная схема процесса производства продукта с использованием
мастер-смеси, в которую в примерах добавлен порошок графена.
[0249]
На рис. 14 (а) представлена схематическая диаграмма измельчения мелких частиц, а (б) — схематическая
диаграмма порошка графена в приведенных примерах.
[0250]
На рис. 15 представлены (а) схематическое изображение измельчения мелких частиц и иллюстративная
диаграмма, показывающая состояние их измельчения, и (б) схематическое изображение порошка графена в
примерах и иллюстративная диаграмма, показывающая состояние его расщепления.
[0251]
На рис. 16 представлена иллюстративная диаграмма № 1, показывающая различные изделия с нанесенным
на них порошком графена и их влияние на примерах.
[0252]
На рис. 17 представлена иллюстративная диаграмма № 2, показывающая различные продукты с добавлением
порошка графена, их применение и эффекты, показанные на примерах.
[0254]
{ОПИСАНИЕ ВОплощений}
[0255]
{0059}
[0256]
Ниже со ссылками на примеры будут описаны варианты осуществления производства графенового порошка,
соответствующего изобретению, а также варианты осуществления производства различных изделий с
использованием полученного таким образом графенового порошка.
[0257]
{ПРИМЕРЫ}
[0258]
{0060}
[0259]
Примеры, демонстрирующие варианты осуществления производства порошка графена в соответствии с
изобретением, будут описаны со ссылкой на рис. 1–9.
На рисунках 1, 3, 4, 6 и 8 показаны пять вариантов осуществления устройства для производства порошка
графена.
На рисунках 1 и 3 показаны установки для производства порошка графена, в которых в качестве струйного
потока используется газ, а на рисунках 4, 6 и 8 — установки для производства порошка графена, в которых в
качестве струйного потока используется жидкость.
[0260]
{0061}
[0261]
Рис. 1 представляет собой первую блок-схему, иллюстрирующую устройство для получения порошка графена
в приведенных примерах.
[0262]
{0062}
[0263]
На фиг. 1 показано устройство для производства порошка графена 1, включающее, по меньшей мере,
компрессор 4 в качестве блока вывода струйного потока, и технологическую камеру 5 в качестве камеры с
замкнутым пространством, причем технологическая камера 5 имеет входное отверстие 10, в которое подается
сырье 3, содержащее графит или подобное вещество, и струйный поток, выходящий из компрессора 4, и
выходное отверстие 11, из которого в технологическую камеру 5 подается порошок графена в виде мелких
частиц, образованных в результате расщепления графита струйным потоком.
Выходная часть 11 схематически показана на рисунке; она может иметь выходное сопло технологической
камеры и последующую трубу.
[0264]
{0063}
[0265]
Компрессор 4, как устройство для подачи струйного потока, представляет собой устройство, которое сжимает
газ для повышения его давления и непрерывно подает газ; для этой цели может использоваться обычный
компрессор, применяемый в настоящее время.
Компрессор 4 сжимает газ, например воздух или другие газы, и выдает газовую струю в виде
сверхскоростного потока в трубы 9.
В качестве используемых газов могут применяться азот, углеводороды, водород и тому подобные газы.
Давление на выходе струи из компрессора 4 может быть установлено приблизительно в диапазоне от 10 до
500 МПа, а диаметр сопла струи может быть установлен приблизительно в диапазоне от 0,1 до 1 мм.
В зависимости от конфигурации, струйный поток может выходить со скоростью в диапазоне приблизительно
от 100 до 1000 м/с.
[0266]
{0064}
[0267]
Технологическая камера 5 представляет собой устройство, защищенное от воздуха клапаном, который не
показан на рисунке, и поддерживающее внутреннюю атмосферу в условиях высокого вакуума; для этой цели
может использоваться обычная барабанная технологическая камера.
Сырье 3, содержащее графит, поступающее из входного отверстия 10, и поток газовой струи, выходящий из
компрессора 4, подаются в технологическую камеру 5, где происходит процесс расщепления графита (далее
именуемый процессом расщепления).
После завершения процесса расщепления из выходной части 11 выводится порошок графена 7,
сформированный таким образом в виде мелких частиц.
В технологической камере 5 расщепление графита может происходить путем впрыскивания газовых струй
9a–9d непосредственно в сырье для его столкновения с ним; расщепление графита в сырье 3 может
происходить путем столкновения графита с внутренней стенкой технологической камеры 5 вместе с газовыми
струями; или расщепление графита в сырье 3 может происходить путем столкновения графита друг с другом
вместе с газовыми струями.
Входная часть 10 технологической камеры 5, показанной на рис. 1, подает поток газа в виде сверхскоростной
струи и сырье 3, содержащее графит, через трубы 9. Камера имеет первый входной блок 10a, второй входной
блок 10b, третий входной блок 10c и четвертый входной блок 10d для подачи потока газа, а также пятый
входной блок 10e для подачи сырья 3.
Первый-пятый входные блоки, каждый из которых обозначен цифрами 10a-10e, состоят из сопла.
Хотя в этом примере показан случай с пятью входными компонентами¹⁰, в качестве входного компонента
может быть предусмотрен один или несколько входных компонентов, а также может быть предусмотрено
шесть или более входных компонентов.
В этом примере газ и сырье подаются с разными единицами измерения соответственно, но могут подаваться
и с одной и той же единицей измерения.
Входной блок 10 имеет блок управления, не показанный на рисунке, для управления направлением ввода с
первого по пятый входные блоки 10a–10e в технологическую камеру 5.
Блок управления контролирует направление потока газовой струи 9a–9e, поступающей из первого–четвертого
входных блоков 10a–10d в технологическую камеру 5, а также направление поступления сырья 3 из пятого
входного блока 10e в технологическую камеру 5.
Блок управления может быть сконфигурирован таким образом, чтобы направления входных сигналов от двух
входных блоков были противоположными друг другу, или может быть сконфигурирован таким образом, чтобы
направления входных сигналов были направлены к определенному положению стенки технологической
камеры 5.
Блок управления не является обязательным компонентом, и направления ввода могут быть зафиксированы с
помощью входной части 10.
[0268]
{0065}
[0269]
Производственное устройство 1 для получения графенового порошка может включать в себя резервуар 2 для
сырья, который принимает сырье 3 и удерживает его, пылесборник 6a, который отделяет и собирает
графеновый порошок, выходящий из технологической камеры 5, и выходной резервуар 6b, который
удерживает и выводит графеновый порошок.
[0270]
{0066}
[0271]
В качестве исходного сырья 3 может использоваться материал, содержащий графит, например, природный
графит, графитовый порошок или что-то подобное.
Сырье 3 помещается в резервуар для сырья 2 и подается из пятого входного блока 10e по трубе 8 в
технологическую камеру 5.
[0272]
{0067}
[0273]
Пылесборник 6а представляет собой устройство, которое отделяет и собирает порошок графена 7,
образующийся в технологической камере 5.
В качестве примеров используемых пылесборников 6a можно привести гравитационный пылесборник,
использующий спонтанное осаждение частиц (т.е., гравитационную осадочную камеру), центробежный
пылесборник, использующий центробежную силу (т.е., циклон), фильтрационный пылесборник, использующий
различные фильтрующие материалы, пылесборник, в котором частицы сталкиваются с поверхностью
препятствия и прикрепляются к ней, электрический пылесборник (т.е., электрический пылесборник) и звуковой
пылесборник (т.е., звуковой пылесборник).
В этом примере используется устройство сухого типа, которое собирает частицы в сухом состоянии, поскольку
в качестве газа используется воздух или другой газ.
[0274]
{0068}
[0275]
Выходной резервуар 6b удерживает и выпускает порошок графена 7, сформированный в мелкие частицы
путем расщепления графита.
Полученный таким образом порошок графена 7, выходящий из выходного резервуара 6b, может быть снова
помещен в резервуар с сырьем 2 через трубу 19 в зависимости от условий расщепления для повторения
процесса расщепления.
[0276]
{0069}
[0277]
Пример метода получения порошка графена будет описан со ссылкой на рис. 1.
Технологическая камера 5 включается, и ее внутреннее пространство откачивается до вакуума.
Путем вакуумирования удаляются примеси из технологической камеры 5.
Затем графитовый порошок в качестве сырья 3 помещается в резервуар для сырья 2, и сырье 3 подается из
пятого входного блока 10e по трубе 8 в технологическую камеру 5.
Компрессор 4 включается для сжатия газа, такого как воздух или другой газ, из которого в трубы 9 подается
сверхскоростная струя газа со скоростью 500 м/с, а потоки газа 9a-9d поступают из первого-четвертого
входных блоков 10a-10d технологической камеры 5.
В технологической камере 5 потоки газа, поступающие из первого-четвертого входных блоков 10a-10d,
сталкиваются с исходным материалом 3, содержащим графит, поступающим из пятого входного блока 10e,
тем самым осуществляя процесс расщепления графита.
В технологической камере 5 направление потока газа в первую, вторую и пятую входные ячейки 10a–10e
регулируется таким образом, чтобы потоки газа впрыскивались в сырье 3 и сталкивались с ним.
В качестве альтернативы, направление входного потока регулируется таким образом, чтобы графит в
исходном материале 3 сталкивался с внутренней стенкой технологической камеры 5 вместе с потоками
газовой струи.
В случае, когда технологическая камера 5 имеет сферическую форму, потоки газовой струи вращаются вдоль
внутренней стенки технологической камеры 5, образуя струи, которые облегчают столкновение сырья 3 с
потоками газа.
[0279]
{0070}
[0280]
Процесс расщепления будет описан со ссылкой на рис. 2 (а) и 2 (б).
На рисунках 2(а) и 7(б) представлены иллюстративные диаграммы, описывающие расщепление порошка
графена в данном примере.
Сырье 3, содержащее графит, поступающее из пятого входного блока 10e, может столкнуться с потоками
газовых струй 9a–9d, поступающими из первого–четвертого входных блоков 10a–10d, и таким образом потоки
газовых струй 9a–9d проникают между слоями графита, расщепляя графит.
Кроме того, графит в исходном материале 3 может сталкиваться друг с другом под действием потоков газовой
струи, образуя слой графита между другими слоями графита и вызывая его расщепление.
Кроме того, графит в исходном материале 3 может сталкиваться с внутренней стенкой технологической
камеры 5 вместе с потоками газовой струи, вызывая тем самым расщепление графита.
В технологической камере 5 потоки газа образуют струи, в результате чего сырье 3 и потоки газа многократно
сталкиваются друг с другом.
Графен легко разрушается параллельно плоскости правильного октаэдра из-за своей склонности к
расщеплению, а скорость потока газовой струи 9a-9d желательно находится в диапазоне от 100 до 1000 м/с.
Диапазон скоростей был определен изобретателями в результате многократных экспериментов, и было
установлено, что расщепление графита может происходить при скорости струи от 100 до 1000 м/с.
При скорости менее 100 м/с расщепление может происходить недостаточно эффективно из-за недостаточной
силы струи, а при скорости более 1000 м/с может быть сложно контролировать размер частиц графена до
мелкодисперсного состояния, а в кристаллах графена могут образовываться поры, что затрудняет
поддержание высокого качества графена.
Струйный поток может подаваться в технологическую камеру 5 вместе с графитом со скоростью в диапазоне
от 100 до 1000 м/с, и таким образом может быть осуществлен процесс расщепления для получения порошка
графена в виде мелких частиц путем расщепления графита.
[0281]
{0071}
[0282]
Таким образом, процесс расщепления выполняется в течение заданного периода времени, процесс
расщепления завершается по истечении заданного периода времени, включается пылесборник 6а,
показанный на рис. 1, порошок графена 7 в виде мелких частиц, полученных в результате расщепления,
выводится из выходного отверстия 11, а порошок графена 7 отделяется и собирается с помощью
пылесборника 6а.
В пылесборнике 6а могут удаляться частицы, имеющие больший размер, чем порошок графена 7, в виде
хлопьев с заданным размером частиц.
Полученный таким образом порошок графена 7 удерживается в выходном резервуаре 6b и выводится из него
по мере необходимости.
Порошок графена 7, выходящий из выходного резервуара 6b, может быть снова помещен в резервуар с
сырьем 2 через трубу 19 в зависимости от условий расщепления, и процесс расщепления может быть
повторен путем подачи порошка графена 7 в технологическую камеру 2.
Таким образом, путем помещения порошка графена в резервуар с сырьем 2 через трубу 19 может быть
сформирован замкнутый контур, и, следовательно, процесс расщепления порошка графена 7 может
повторяться многократно.
В соответствии с установленными процедурами, производство порошка графена 7 завершено.
В случае, если в пылесборнике 6а удаляются частицы большего размера, чем частицы заданного размера, то
повторному процессу расщепления в контуре могут подвергаться только частицы большего размера.
[0283]
{0072}
[0284]
Согласно описанному выше способу производства, включающему описанные выше процедуры, графит может
быть расщеплен с целью получения порошка графена 7 в виде мелких частиц путем расщепления.
В аппарате 1 для производства порошка графена сырье 3 и струйный поток подаются из разных входных
устройств, однако может быть использована процедура, при которой сырье 3 подается в компрессор А и
смешивается с воздухом или газом, а газовая струя, содержащая смешанное с ним сырье 3, подается из
одного или нескольких входных устройств.
[0285]
Соседние файлы в папке патенты