低維度奈米材料的製造方法 Production Method of Low Dimensional Nano-Material

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

美國

專利申請案號

16/221,677

專利證號

US 10,947,120 B2

專利獲證名稱

低維度奈米材料的製造方法 Production Method of Low Dimensional Nano-Material

專利所屬機關 (申請機關)

國立臺灣科技大學

獲證日期

2021/03/16

技術說明

石墨烯是世上最薄也是最硬的奈米材料，它的結構呈現六角型成蜂巢狀晶格平面薄膜，石墨烯的優異特性不斷被發現，例如: 高光穿透性、高機械強度、良好導電性、熱傳導、室溫量子量子霍爾效應及雙極性電極效應(ambiopolar electric field effects)，是目前導電性最佳的材料。然而，石墨烯沒有能帶隙，使其導電性無法完全被控制，且石墨烯的結構完整且表面平滑，是不利與其他複合材料結合，故阻礙了石墨烯的應用。 根據上述，所以我們嘗試摻雜異原子並觀察是否能改變石墨烯原有的特性，例如:電子結構、自由載流電子密度、催化性...等等，目前已經被文獻所演示的幾個領域：燃料電池氧化劑、能源儲存、生醫感測、功能性複合材料等，各領域也有具體的潛力應用被提出，包含透明導電薄膜、超級電容器、鋰離子電池、光感測器、高效能導熱片等。 目前製作石墨烯摻雜有許多種方法，例如:化學氣相沉積法、超聲波法、溶劑熱法、熱解法(ex:氨源熱解法)等等，但我們追求的目標是大規模、低成本、可控制、低溫、對實驗環境條件毋須太苛刻且製程中不會排放出對環境有害的氣體；上述舉例的條件，化學氣相沉積法雖然可以制得大面積且性能優異的石墨烯，此方法需要極高溫(有相當的危險性)而且非常耗能(成本高)；超聲波法雖然簡單操作、安全，但產量過低、厚度不均勻、品質也較差；液相剝離法它的產量受到限制，如果是傳統化學剝離法，石墨烯在烘乾過程中很容易聚集，導致石墨烯性能無法提高；熱剝離法雖然能大量製備，但是製造出來的石墨烯親水性較差，不利於之後電極材料應用，除此之外廢棄物也是一大考量，在現今全球提倡環保的意識中，所以工業都往綠色環保性發展。因此, 如何大量、低成本製備出高質量的摻雜石墨烯材料仍然是未来研究的一個重點。 本發明結合高效率的物理製程及不同的化學配方達到高產率及高品質的摻雜石墨烯生產，所合成的摻雜石墨烯是可以有效應用於生醫感測元件、電子元件、透明導電薄膜等各項領域。

備註

連絡單位 (專責單位/部門名稱)

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