氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層及其制備方法
【專利說明】氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層及其制備方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年10月22日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2013-0125886號的優先權和利益，其全部內容引入本文以作參考。
技術領域
[0003]本公開涉及氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層及其制備方法。
【背景技術】
[0004]氧化石墨烯(或氧化石墨，在下文中為G0)是通過石墨的酸處理所制備的片狀碳材料，且在表面上具有大量的親水性官能團，例如羧基(-C00H)、羥基(-0H)等。通過酸處理過程產生的表面氧化基團與水(H2O)自然地產生氫鍵，因此通過該過程制備的GO是水合的或是水性漿料狀態的形式。通常，不經進一步的處理，漿料的固體含量為約2?8wt%。
[0005]當GO被適當地包括在膜或結構中時，其提供改進的強度和合適的熱導率。然而，去除所含濕氣的處理可使這些特性劣化。通常，GO可通過化學還原法(例如肼處理等)和熱還原法制備成石墨烯的形式。此后，還原的石墨烯具體被稱作還原的氧化石墨烯(RG0)。
[0006]經證實RGO表面上的至少一部分氧化基團沒有被完全去除。通常，表面氧化基團的氧含量小于或等于總碳骨架含量的約5wt%。因此，本發明的氧化石墨烯(RGO)具有小于或等于總碳骨架含量的約5wt%的氧含量，與表面氧化基團的氧含量一致。
[0007]近來關注GO或RGO與常規材料的不均勻混合物，其可提供常規材料的協同效應并消除其限制。不均勻混合物可用于高強度復合材料和燃料電池。各種開發技術包括:石墨烯-納米線(例如半導體)混雜結構，其中在石墨烯導電部分中吸收光能并且產生電子-穴對；混雜復合物制造方法，包括石墨烯片/碳納米管/聚合物納米顆粒；制造用于鋰可再充電電池的正極石墨烯材料的方法，該材料是通過添加鐵(Fe)前體和磷酸鹽(PO4)前體而形成的混雜材料；通過在空氣中燒結石墨烯和金屬氧化物顆粒來制造具有改進的充電和放電率的石墨烯復合煅燒體的方法；通過在高溫和高壓下將T12納米粉末與石墨烯混合并使其反應來制造石墨烯-二氧化鈦(T12)混雜材料的方法。
[0008]因此，關于近來對不均勻GO涂層材料的需求，本發明提供使用GO和陶瓷的用于形成具有透明度和熱導率的GO-陶瓷混雜層的涂布溶膠溶液。
【發明內容】
[0009]本發明的一個示例性實施方式提供涂布溶膠溶液，其形成具有改進的分散性和儲存穩定性特征的氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層。
[0010]本發明的另一個示例性實施方式提供具有改進的均勻性和透明度的氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層。此外，本發明的另一個示例性實施方式提供用于制備氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層的方法以及由該方法制備的氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層。本發明的又一示例性實施方式提供車輛前燈，其包括氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層。
[0011]根據本發明的一個示例性實施方式，氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層可由包括氧化石墨烯(GO)和陶瓷溶膠的氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液形成，其中氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層中的氧化石墨烯的含量基于氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層的總重可為約0.002?3.0wt%o
[0012]氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層中的氧化石墨烯的含量基于氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層的總重可為約0.03?2.5wt%。另外，氧化石墨烯和陶瓷溶膠可被均勻地分布在氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液中。在特定的實施方式中，陶瓷溶膠可包括，但不限于，二氧化娃(Si02)、氧化招(A1203)、鈦酸鋰(Li4Ti5012)、Ti02、氧化錫(Sn02)、氧化鋪(Ce02)、二氧化錯(ZrO2)、氧化I凡(V2O5)、氧化硼(B2O3 )、鈦酸鋇(BaT13 )、氧化乾(Y2O3)、三氧化鶴(WO3)、氧化鎂(MgO)、氧化銅(CuO)、氧化鋅(ZnO)、磷酸鋁(AlPO4)、鋁氟(A1F)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(A1N)、氮化鈦(TiN)、碳化鎢(WC)、碳化硅(SiC)、碳化鈦(TiC)、二硅化鑰(MoSi2)、氧化鐵(Fe2O3)、二氧化鍺(GeO2)、氧化鋰(Li2O )、氧化猛(MnO )、氧化鎳(N1 )、沸石、或其組合。
[0013]根據本發明的另一個示例性實施方式，用于制備氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層的方法可包括:制備包括由第一非水類溶劑置換的氧化石墨烯漿料的溶液；將該溶液與第二非水類溶劑和陶瓷前體結合，以制備混合物；將分散劑和水添加至混合物中，以制備氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液；以及使用氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液涂布基材。
[0014]制備包括由第一非水類溶劑置換的氧化石墨烯漿料的溶液的工藝可包括:在混合氧化石墨烯水性漿料和第一非水類溶劑之后，執行機械分散處理和離心。機械分散處理和離心可以重復進行至少兩次，并且該方法還可包括在每次離心后分離上清液。機械分散處理可以是超聲、攪拌、剪應力(例如剪切力)施用、使用均化器、或其組合。特別地，離心可在約1200?3500rpm的轉速下執行。
[0015]在另一個示例性實施方式中，基于由第一非水類溶劑置換的氧化石墨烯漿料的總重，可以在由第一非水類溶劑置換的氧化石墨烯漿料中以約2?7wt%的量包括氧化石墨烯。第一非水類溶劑和第二非水類溶劑可以是兩親性溶劑、水混溶溶劑、與水不混溶的溶劑、極性溶劑、非極性溶劑、或其組合。
[0016]在另一個示例性實施方式中，第一非水類溶劑和第二非水類溶劑可以是IPA(異丙醇)、乙醇、丙酮、甲乙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、乙酰丙酮、丁醇、乙二醇、聚乙二醇、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、己烷、環己酮、甲苯、氯仿、二氯苯、二甲苯、三甲苯、吡唆、甲基萘、硝基甲烷、丙烯腈、十八胺、苯胺、二甲亞砜、或其組合。分散劑可以是聚乙二醇(PEG)、甘油、鹽酸(HC1)、乙酸、甲酸、檸檬酸、聚合物、或其組合。用于氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層組合物的溶膠溶液還可包括選自聚乙二醇、甘油、葡萄糖、聚合物、及其組合的添加劑。此外，涂布工藝可通過浸涂、旋涂、噴涂、刷涂(paint coating)、棒涂、流涂、輥涂、或其組合來執行。
[0017]根據本發明的另一個示例性實施方式，氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層可以通過上述制造方法進行制備。另外，可提供包括氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層的車輛前燈。氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液可具有改進的分散性和儲存穩定性特征，可提供包括其且可具有改進的均勻性和透明度的氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層，及其制備方法。
【附圖說明】
[0018]本發明的上述和其它的特征和優點通過參照附圖詳細描述其示例性實施方式而變得更為明顯，其中:
[0019]圖1示出根據相關技術的用于制備氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液的示例性方法;
[0020]圖2示出根據本發明的示例性實施方式的示例性氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液的制備方法；
[0021]圖3示出顯現根據評價I以及比較例I和2或本發明的氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液的穩定性和均勻性的示例性圖像；
[0022]圖4示出顯現根據本發明的評價2和比較例2的氧化石墨烯-陶瓷混合物的涂層的均勻性的示例性圖像；
[0023]圖5示出顯現根據本發明的評價3的氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層的溶膠溶液的儲存穩定性的示例性圖像；
[0024]圖6是示出根據本發明的評價3的氧化石墨烯-陶瓷混雜溶膠溶液的儲存穩定性的示例性圖；
[0025]圖7是示出根據本發明的評價4的氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層的透明度的示例性圖；
[0026]圖8示出根據本發明的評價5的用于評價氧化石墨烯-陶瓷混雜涂層的熱導率的裝置和方法的示例性圖像和圖；并且
[0027]應當理解到，所附的附圖并非必然是按比例的，其說明了本發明基本原理的各種示例性特征的一定程度上簡化的代表。本文公開的本發明的具體設計特征，包括，例如，具體大小、方向、位置和形狀將部分取決于具體的既定用途和使用環境。
[0028]在附圖中，附圖標記在幾張圖中通篇指代本發明的相同或等同部件。
[0029]附圖標記說明
[0030]100:PC (聚碳酸酯)基材
[0031]101:基材邊緣溫度測量點
[0032]102:熱電偶(PC基材的中心)
[0033]103:加熱源的加熱形狀
【具體實施方式】
[0034]應理解，本文使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語包括通常的機動車，例如，包括多功能運動車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務車的客車，包括各種船只和船舶的水運工具，飛行器等等，并且包括混合動力車、電動車、燃燒、插入式混合電動車、氫動力車和其它代用燃料車(例如，來源于石油以外的資源的燃料)。