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FR3146889A1 - Process for obtaining a liquid dispersion of graphene - Google Patents

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FR3146889A1
FR3146889A1 FR2302674A FR2302674A FR3146889A1 FR 3146889 A1 FR3146889 A1 FR 3146889A1 FR 2302674 A FR2302674 A FR 2302674A FR 2302674 A FR2302674 A FR 2302674A FR 3146889 A1 FR3146889 A1 FR 3146889A1
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FR
France
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graphene
dispersion
liquid
graphite
intercalation compound
Prior art date
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Pending
Application number
FR2302674A
Other languages
French (fr)
Inventor
Thomas BOTTEIN
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Carbon Waters
Original Assignee
Carbon Waters
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Carbon Waters filed Critical Carbon Waters
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Priority to PCT/EP2024/057853 priority patent/WO2024194488A1/en
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Abstract

La présente invention concerne un procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène, une dispersion liquide de graphène et ses utilisations. En particulier la présente invention a pour objet un procédé de solubilisation du graphite caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : 1) Solubilisation du graphite réalisée sous atmosphère inerte formant une solution de graphènure ; 2) Oxydation de la solution de graphènure obtenue à l’étape 1) formant la dispersion organique de graphène ; et 3) Transfert de la dispersion organique de graphène obtenue à l’étape 2) dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène. The present invention relates to a method for obtaining a liquid dispersion of graphene, a liquid dispersion of graphene and its uses. In particular, the present invention relates to a method for solubilizing graphite, characterized in that it comprises the following steps: 1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere forming a graphene solution; 2) Oxidation of the graphene solution obtained in step 1) forming the organic dispersion of graphene; and 3) Transfer of the organic dispersion of graphene obtained in step 2) into a viscous matrix forming a liquid dispersion of graphene.

Description

Procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphèneProcess for obtaining a liquid dispersion of graphene

La présente invention se rapporte au domaine technique des dispersions liquides de graphène. L’invention a en particulier pour objet un procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène, une dispersion liquide de graphène ainsi que ses utilisations.The present invention relates to the technical field of liquid graphene dispersions. The invention particularly relates to a method for obtaining a liquid graphene dispersion, a liquid graphene dispersion and its uses.

Etat de l’artState of the art

Le carbone, base de toutes les molécules organiques, est un constituant fondamental de toutes les formes de vie connues à ce jour.Carbon, the basis of all organic molecules, is a fundamental constituent of all forms of life known to date.

Considéré comme un des éléments les plus abondants de l’univers, le carbone présente plusieurs formes allotropiques telles que le graphite et le diamant.Considered one of the most abundant elements in the universe, carbon has several allotropic forms such as graphite and diamond.

Le graphite est une des formes cristallines du carbone organisée selon un empilement de feuillets de graphène présentant un motif hexagonal.Graphite is a crystalline form of carbon organized into a stack of graphene sheets with a hexagonal pattern.

Décrit au 20èmesiècle, ce n’est qu’en 2004 que le graphène est isolé et considéré comme un matériau prometteur par sa structure en deux dimensions et ses propriétés remarquables.Described in the 20th century, it was not until 2004 that graphene was isolated and considered a promising material due to its two-dimensional structure and remarkable properties.

Le graphène est un matériau polyvalent présentant un grand nombre de propriétés physiques avantageuses telles que sa conductivité électrique et thermique, sa résistance mécanique, sa légèreté, sa résistance à la corrosion, sa souplesse et sa transparence.Graphene is a versatile material with a number of advantageous physical properties such as electrical and thermal conductivity, mechanical strength, light weight, corrosion resistance, flexibility and transparency.

Ces avantages en font un matériau prisé des industriels pour son utilisation dans des domaines très variés telles que les :
- réseaux électriques modernes ;
- sources lumineuses écoénergétiques ;
- semi-conducteurs utilisés dans les dispositifs spintroniques ;
- revêtements anti-corrosion plus efficaces ;
- filtration de l’eau pour la purification et le dessalement ;
- systèmes de communication optoélectroniques ;
- le thermique ;
- la mécanique ; et
- les matériaux barrières, notamment hydrophobe.
These advantages make it a material prized by industrialists for its use in very varied fields such as:
- modern electrical networks;
- energy-efficient light sources;
- semiconductors used in spintronic devices;
- more effective anti-corrosion coatings;
- water filtration for purification and desalination;
- optoelectronic communication systems;
- thermal;
- mechanics; and
- barrier materials, particularly hydrophobic ones.

D’autres applications moins développées à ce jour sont également envisagées, notamment en biomédecine et plus particulièrement en ingénierie tissulaire.Other applications less developed to date are also being considered, notably in biomedicine and more specifically in tissue engineering.

N’existant pas à l’état naturel, le graphène peut être obtenu à partir du graphite ou de méthane.Not existing in nature, graphene can be obtained from graphite or methane.

En fonction de son procédé d’obtention, les feuillets de graphène peuvent se présenter sous différentes formes : le graphène mono-couche, le graphène bi-couche ou multi-couches.Depending on the production process, graphene sheets can come in different forms: single-layer graphene, double-layer graphene or multi-layer graphene.

Moins les feuillets de graphène comprennent de couches, plus le graphène est couteux à produire et plus ses performances sont importantes. Face à ce dilemme, les industriels sont dans l’obligation de trouver des compromis coût/performance en fonction de l’utilisation envisagée.The fewer layers a graphene sheet has, the more expensive it is to produce and the higher its performance. Faced with this dilemma, manufacturers are forced to find cost/performance compromises based on the intended use.

Différentes techniques pour isoler le graphène sont connues, telles que l’exfoliation mécanique en phase liquide, le dépôt chimique en phase vapeur, l’oxydation de graphite en milieu acide et la méthode du chauffage flash.Different techniques for isolating graphene are known, such as liquid phase mechanical exfoliation, chemical vapor deposition, acidic graphite oxidation, and the flash heating method.

Cependant, plusieurs facteurs limitent l’industrialisation de ces procédés notamment les coûts de production requérant des moyens considérables pour un rendement et une stabilité encore trop faible.However, several factors limit the industrialization of these processes, in particular production costs requiring considerable resources for a yield and stability that are still too low.

Il existe donc un besoin de développer des procédés alternatifs aux procédés actuels, permettant de produire à moindre coût et en plus grande quantité du graphène sans agrégats et stable préférentiellement sous forme de dispersion de graphène.There is therefore a need to develop alternative processes to current processes, making it possible to produce graphene without aggregates and preferably stable in the form of graphene dispersion at a lower cost and in greater quantities.

Pour répondre à ce besoin, l’invention propose un nouveau procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène.To meet this need, the invention proposes a new method for obtaining a liquid dispersion of graphene.

Ce procédé comprend les étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte formant une solution de graphènure
2) Oxydation de la solution de graphènure obtenue à l’étape 1) formant la dispersion organique de graphène ; et
3) Transfert de la dispersion organique de graphène obtenue à l’étape 2) dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène.
This process includes the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere forming a graphene solution
2) Oxidation of the graphene solution obtained in step 1) forming the organic graphene dispersion; and
3) Transfer of the organic graphene dispersion obtained in step 2) into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion.

Avantageusement, le transfert dans une matrice visqueuse permet d’améliorer la stabilité et de concentrer la dispersion liquide en graphène.Advantageously, the transfer into a viscous matrix makes it possible to improve stability and concentrate the liquid dispersion in graphene.

Un tel procédé est particulièrement utile dans le contexte de l’invention permettant ainsi d’apporter une alternative à la production industrielle de graphène.Such a method is particularly useful in the context of the invention, thus providing an alternative to the industrial production of graphene.

Préférentiellement, la matrice visqueuse de l’étape 3) présente une viscosité absolue mesurée à 25°C à l’aide d’un rhéomètre comprise entre 5mPa.s et 100Pa.s.Preferably, the viscous matrix from step 3) has an absolute viscosity measured at 25°C using a rheometer of between 5mPa.s and 100Pa.s.

Avantageusement, une telle viscosité permet d’obtenir une stabilité optimale évitant le phénomène de réagrégation des feuillets de graphène pendant au moins 3 mois.Advantageously, such viscosity makes it possible to obtain optimal stability, avoiding the phenomenon of reaggregation of the graphene sheets for at least 3 months.

Selon un objet préféré de l’invention, l’étape 1) de solubilisation du graphite réalisée sous atmosphère inerte comprend les étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique combinée à une exfoliation mécanique du composé d’intercalation du graphite, caractérisées en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé à un solvant dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1, de façon à obtenir une solution de graphènure.
According to a preferred object of the invention, step 1) of solubilization of the graphite carried out under an inert atmosphere comprises the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal into graphite leading to a graphite intercalation compound;
(b) Chemical exfoliation combined with mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound, characterized in that the graphite intercalation compound is mixed with a solvent in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate lower than 400s-1, so as to obtain a graphene solution.

Avantageusement, la combinaison d’une exfoliation chimique et mécanique d’un composé d’intercalation du graphite dans un régime turbulent caractérisé par un nombre de Reynolds, un nombre de Froude, et un taux de cisaillement particulier permet d’obtenir une dissolution améliorée du composé d’intercalation du graphite.Advantageously, the combination of chemical and mechanical exfoliation of a graphite intercalation compound in a turbulent regime characterized by a particular Reynolds number, Froude number, and shear rate makes it possible to obtain an improved dissolution of the graphite intercalation compound.

Plus particulièrement, selon ce mode de réalisation la dissolution du composé d’intercalation du graphite dans le solvant est améliorée par une exfoliation mécanique, préférentiellement obtenue à partir de la combinaison du cisaillement, du broyage et de la friction. L’exfoliation mécanique produit un régime turbulent caractérisé par un nombre de Reynolds du système qui compare les effets inertiels aux effets visqueux ainsi qu’au nombre de Froude qui compare les effets inertiels aux effets de la gravité. En d’autres termes, le nombre de Reynolds, le nombre de Froude et le taux de cisaillement permettent de caractériser l’exfoliation mécanique de l’étape b) pour tous les systèmes. Le nombre de Froude, le nombre de Reynolds et le taux de cisaillement permettent donc de caractériser l’exfoliation mécanique de l’étape b) nécessaire pour obtenir une dissolution améliorée du composé d’intercalation du graphite dans un solvant.More particularly, according to this embodiment, the dissolution of the graphite intercalation compound in the solvent is improved by mechanical exfoliation, preferably obtained from the combination of shear, grinding and friction. The mechanical exfoliation produces a turbulent regime characterized by a Reynolds number of the system which compares the inertial effects to the viscous effects as well as the Froude number which compares the inertial effects to the effects of gravity. In other words, the Reynolds number, the Froude number and the shear rate make it possible to characterize the mechanical exfoliation of step b) for all the systems. The Froude number, the Reynolds number and the shear rate therefore make it possible to characterize the mechanical exfoliation of step b) necessary to obtain an improved dissolution of the graphite intercalation compound in a solvent.

Préférentiellement, le composé d’intercalation du graphite se présente sous la forme d’un composé binaire de formule KC8.Preferably, the graphite intercalation compound is in the form of a binary compound of formula KC8.

L’exfoliation chimique quant à elle est préférentiellement réalisée en exposant le composé d’intercalation du graphite à un solvant polaire aprotique. De façon préférée ledit solvant polaire aprotique a une constante diélectrique comprise entre 5 et 200.Chemical exfoliation is preferably carried out by exposing the graphite intercalation compound to an aprotic polar solvent. Preferably, said aprotic polar solvent has a dielectric constant of between 5 and 200.

Préférentiellement, l’exfoliation chimique est réalisée avec un ratio composé d’intercalation du graphite / solvant polaire aprotique compris entre 1 et 50g/L.Preferably, chemical exfoliation is carried out with a graphite intercalation compound/aprotic polar solvent ratio of between 1 and 50g/L.

Avantageusement, le ratio du composé d’intercalation du graphite / solvant polaire aprotique associé à l’exfoliation mécanique permet de solubiliser du graphène de bonne qualité. Préférentiellement au moins un feuillet, encore plus préférentiellement chaque feuillet de graphène obtenu selon l’invention présente une épaisseur de feuillets inférieur à 10 couches atomiques, préférentiellement inférieur à 5 couches atomiques.Advantageously, the ratio of the graphite intercalation compound / aprotic polar solvent associated with the mechanical exfoliation makes it possible to solubilize good quality graphene. Preferably at least one sheet, even more preferably each graphene sheet obtained according to the invention has a sheet thickness of less than 10 atomic layers, preferably less than 5 atomic layers.

Selon un autre objet, l’invention porte sur une dispersion liquide de graphène sans agrégat susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’invention.According to another object, the invention relates to a liquid dispersion of graphene without aggregate capable of being obtained by the method according to the invention.

Avantageusement, la dispersion liquide de graphène selon l’invention ne contient pas d’agrégat, notamment les agrégats obtenus par un phénomène de réagrégation des feuillets de graphène et ce pendant au moins 3 mois.Advantageously, the liquid graphene dispersion according to the invention does not contain any aggregates, in particular aggregates obtained by a phenomenon of reaggregation of the graphene sheets, and this for at least 3 months.

Préférentiellement, la dispersion liquide de graphène selon l’invention présente une viscosité absolue mesurée à 25°C à l’aide d’un rhéomètre comprise entre 5mPa.s et 100Pa.s.Preferably, the liquid graphene dispersion according to the invention has an absolute viscosity measured at 25°C using a rheometer of between 5mPa.s and 100Pa.s.

Avantageusement, la viscosité de la dispersion liquide de graphène permet d’obtenir une concentration en graphène particulièrement intéressante pour une utilisation industrielle.Advantageously, the viscosity of the liquid graphene dispersion makes it possible to obtain a graphene concentration that is particularly interesting for industrial use.

Ainsi, la dispersion liquide de graphène comprend préférentiellement entre 0,1 et 50g/L de graphène.Thus, the liquid graphene dispersion preferably comprises between 0.1 and 50g/L of graphene.

Enfin, l’invention vise aussi l’utilisation de la dispersion liquide de graphène selon l’invention dans la fabrication d’additifs haute performances pour l’amélioration des propriétés de matériaux et formulations telles que l’effet barrière, l’hydrophobie, l’antisalissure, l’anticorrosion, le management thermique, le management électrique, l’effet conservateur ainsi que pour les composants électroniques ou microélectroniques.Finally, the invention also aims at the use of the liquid dispersion of graphene according to the invention in the manufacture of high-performance additives for improving the properties of materials and formulations such as the barrier effect, hydrophobicity, antifouling, anticorrosion, thermal management, electrical management, preservative effect as well as for electronic or microelectronic components.

D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée de l’invention et des exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention.Other features and advantages will emerge from the detailed description of the invention and from the examples which are purely illustrative and in no way limitative of the scope of the invention.

Brève description des FiguresBrief description of the Figures

La est une représentation graphique de la mesure de la viscosité de trois dispersions liquides de graphène (Condition (A) : une dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse exempte d’agent visqueux (Hors invention) ; Condition (B) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polymère acrylique à 0,5% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention ; Condition (C) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polyéther à 30% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention.) There is a graphical representation of the viscosity measurement of three liquid graphene dispersions (Condition (A): a liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix free of viscous agent (Outside the invention); Condition (B): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of acrylic polymer type at 0.5% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the method according to the invention; Condition (C): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of polyether type at 30% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the method according to the invention.)

La est une photographie représentant une observation macroscopique à J+1 de la présence d’agrégats dans trois dispersions liquides de graphène présentant des viscosités différentes (Condition (A) : une dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse exempte d’agent visqueux (Hors invention) – 1mPa.s ; Condition (B) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polymère acrylique à 0,5% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention – 10mPa.s ; Condition (C) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polyéther à 30% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention – 6mPa.s) There is a photograph representing a macroscopic observation at D+1 of the presence of aggregates in three liquid graphene dispersions having different viscosities (Condition (A): a liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix free of viscous agent (Outside the invention) – 1 mPa.s; Condition (B): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of acrylic polymer type at 0.5% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the method according to the invention – 10 mPa.s; Condition (C): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of polyether type at 30% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the method according to the invention – 6 mPa.s)

La est une représentation graphique de l’absorbance au cours du temps de trois dispersions liquides de graphène présentant des viscosités différentes ((Condition (A) : une dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse exempte d’agent visqueux (Hors invention) – 1mPa.s ; Condition (B) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polymère acrylique à 0,5% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention – 10mPa.s ; Condition (C) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polyéther à 30% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention – 6mPa.s). There is a graphical representation of the absorbance over time of three liquid graphene dispersions having different viscosities ((Condition (A): a liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix free of viscous agent (Outside the invention) – 1 mPa.s; Condition (B): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of acrylic polymer type at 0.5% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the method according to the invention – 10 mPa.s; Condition (C): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of polyether type at 30% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the method according to the invention – 6 mPa.s).

La est une représentation graphique de la comparaison de trois spectres d’absorption de dispersion liquide de graphène présentant des viscosités différentes ((Condition (A) : une dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse exempte d’agent visqueux (Hors invention) – 1mPa.s ; Condition (B) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polymère acrylique à 0,5% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention – 10mPa.s ; Condition (C) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polyéther à 30% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention – 6mPa.s) There is a graphical representation of the comparison of three absorption spectra of liquid graphene dispersions having different viscosities ((Condition (A): a liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix free of viscous agent (Outside the invention) – 1mPa.s; Condition (B): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of acrylic polymer type at 0.5% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the method according to the invention – 10mPa.s; Condition (C): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of polyether type at 30% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the method according to the invention – 6mPa.s)

La est un tableau résumant une analyse réalisée par spectrophotométrie RAMAN sur trois dispersions liquides de graphène présentant des viscosités différentes ((Condition (A) : une dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse exempte d’agent visqueux (Hors invention) – 1mPa.s ; Condition (B) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polymère acrylique à 0,5% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention – 10mPa.s ; Condition (C) : une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polyéther à 30% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention – 6mPa.s) There is a table summarizing an analysis carried out by RAMAN spectrophotometry on three liquid graphene dispersions having different viscosities ((Condition (A): a liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix free of viscous agent (Outside the invention) – 1 mPa.s; Condition (B): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of acrylic polymer type at 0.5% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the process according to the invention – 10 mPa.s; Condition (C): a liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of polyether type at 30% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the process according to the invention – 6 mPa.s)

Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention

DéfinitionDefinition ss

Par « agrégat » au sens de l’invention, on entend une structure agglomérée formée de plusieurs feuillets de graphène dans les 3 directions de l’espace, dont la taille est grande devant les dimensions du feuillet de graphène.For the purposes of the invention, the term “aggregate” means an agglomerated structure formed from several graphene sheets in the 3 spatial directions, the size of which is large compared to the dimensions of the graphene sheet.

Par « atmosphère inerte » au sens de l’invention, on entend un gaz ou un mélange de gaz qui ne favorise pas la ré-oxydation des plans de graphène réduit en plans de graphène neutre. Le procédé selon l’invention peut ainsi être effectué sous atmosphère d’argon ou d’azote.For the purposes of the invention, the term “inert atmosphere” means a gas or a mixture of gases which does not promote the re-oxidation of the reduced graphene planes into neutral graphene planes. The method according to the invention can thus be carried out under an argon or nitrogen atmosphere.

Par « composé d'intercalation du graphite » au sens de l’invention, on entend un composé comprenant au moins deux plans individuels de graphène chargés négativement ou positivement et intercalés par des contre ions positifs ou négatifs. Les sels d'alcalins de graphite sont un cas particulier de composés d’intercalation du graphite où les plans de graphène sont chargés négativement et les contre-ions sont des ions alcalins. Ils peuvent être formés par intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite.For the purposes of the invention, the term "graphite intercalation compound" means a compound comprising at least two individual negatively or positively charged graphene planes intercalated by positive or negative counterions. Graphite alkali salts are a special case of graphite intercalation compounds where the graphene planes are negatively charged and the counterions are alkali ions. They can be formed by intercalation of at least one alkali metal in graphite.

Par « couche atomique » au sens de l’invention, on entend une couche composée dans une direction de l’espace d’un seul atome. Un feuillet de graphène est constitué par au moins une couche atomique.For the purposes of the invention, the term “atomic layer” means a layer composed in one spatial direction of a single atom. A graphene sheet is made up of at least one atomic layer.

Par « dispersion liquide de graphène » au sens de l’invention, on entend une dispersion de graphène présentant une viscosité absolue comprise entre 5mPa.s et 100Pa.s, préférentiellement entre 100mPa.s et 10Pa.s.For the purposes of the invention, the term “liquid graphene dispersion” means a graphene dispersion having an absolute viscosity of between 5 mPa.s and 100 Pa.s, preferably between 100 mPa.s and 10 Pa.s.

Par « gaz vecteur » au sens de l’invention, on entend un gaz principal dans lequel un autre gaz ou liquide, réactif ou non, sera dilué et introduit dans le milieu.For the purposes of the invention, the term “carrier gas” means a main gas in which another gas or liquid, reactive or not, will be diluted and introduced into the medium.

Par « nombre de Froude » au sens de l’invention, on entend le rapport entre l’énergie cinétique et l’énergie potentielle gravitationnelle. Le nombre de Froude est définit de la manière suivante :
For the purposes of the invention, the term "Froude number" means the ratio of kinetic energy to gravitational potential energy. The Froude number is defined as follows:

Fr = n².d / g
Fr = n².d / g

n, d correspond à la vitesse de rotation (tour/sec) et au diamètre du mobile d'agitation (m)
n, d corresponds to the rotation speed (rev/sec) and the diameter of the stirring rotor (m)

g : accélération de la pesanteur (m/s²)g: acceleration of gravity (m/s²)

Par « nombre de Reynolds » au sens de l’invention, on entend le rapport entre les forces d’inertie et les forces visqueuses. Le nombre de Reynolds est définit de la manière suivante :
Le calcul est effectué avec les paramètres extraits du procédé de la manière suivante :
For the purposes of the invention, the term "Reynolds number" means the ratio of inertial forces to viscous forces. The Reynolds number is defined as follows:
The calculation is performed with the parameters extracted from the process as follows:

Re = n.d².ρ / µ
Re = n.d².ρ / µ

n, d correspond à la vitesse de rotation (tour/sec) et au diamètre du mobile d'agitation (m)
n, d corresponds to the rotation speed (rev/sec) and the diameter of the stirring rotor (m)

ρ, µ correspond à la masse volumique (kg/m3) et la viscosité dynamique du fluide (Pa.s)ρ, µ corresponds to the density (kg/m3) and the dynamic viscosity of the fluid (Pa.s)

Par « régime turbulent » au sens de l’invention, on entend un régime d'écoulement caractérisé par des changements chaotiques de pression et de vitesse d'écoulement.For the purposes of the invention, the term “turbulent regime” means a flow regime characterized by chaotic changes in pressure and flow velocity.

Par « sans solvant polaire aprotique » au sens de l’invention, on entend que la dispersion liquide de graphène contient moins de 0,1% de solvant polaire aprotique.By “free of aprotic polar solvent” for the purposes of the invention, it is meant that the liquid graphene dispersion contains less than 0.1% of aprotic polar solvent.

Par « spectrophotométrie RAMAN» au sens de l’invention, on entend une méthode de spectroscopie vibrationnelle non destructive qui permet de déterminer la composition moléculaire et de la structure externe d’un matériau.For the purposes of the invention, “RAMAN spectrophotometry” means a non-destructive vibrational spectroscopy method which makes it possible to determine the molecular composition and external structure of a material.

Par « stable » au sens de l’invention, on entend que la dispersion liquide de graphène ne contient pas d’agrégat. Ainsi, les phénomènes de déstabilisation tel que le crémage ou la sédimentation n’interviennent pas au cours du temps, notamment pendant au moins 3 mois.By “stable” in the sense of the invention, it is meant that the liquid dispersion of graphene does not contain any aggregate. Thus, destabilization phenomena such as creaming or sedimentation do not occur over time, in particular for at least 3 months.

Par « viscosité absolue » au sens de l’invention, on entend la résistance d’un fluide incompressible à l’écoulement laminaire. Elle est mesurée expérimentalement par un rhéomètre.For the purposes of the invention, “absolute viscosity” means the resistance of an incompressible fluid to laminar flow. It is measured experimentally by a rheometer.

Par « viscosité stable » au sens de l’invention, on entend que la viscosité présente une variation inférieure à 1% au cours du temps, notamment pendant au moins 3 mois.For the purposes of the invention, “stable viscosity” means that the viscosity exhibits a variation of less than 1% over time, in particular for at least 3 months.

ProcédéProcess d’obtention d’une dispersion liquideto obtain a liquid dispersion

La présente invention a donc pour objet un procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène.The present invention therefore relates to a method for obtaining a liquid dispersion of graphene.

Le procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène selon l’invention comprend les étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte formant une solution de graphènure ;
2) Oxydation de la solution de graphènure obtenue à l’étape 1) formant la dispersion organique de graphène ; et
3) Transfert de la dispersion organique de graphène obtenue à l’étape 2) dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène.
The method for obtaining a liquid dispersion of graphene according to the invention comprises the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere forming a graphene solution;
2) Oxidation of the graphene solution obtained in step 1) forming the organic graphene dispersion; and
3) Transfer of the organic graphene dispersion obtained in step 2) into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion.

Avantageusement, le procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène permet d’obtenir une dispersion liquide de graphène sans agrégat, stable, et comprenant jusqu’à 50g/L de graphène.Advantageously, the process for obtaining a liquid dispersion of graphene makes it possible to obtain a liquid dispersion of graphene without aggregate, stable, and comprising up to 50g/L of graphene.

De façon préférée, l’étape 1) de solubilisation du graphite réalisée sous atmosphère inerte comprend la mise en œuvre des étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ; et
b) Exfoliation chimique et/ou exfoliation mécanique du composé d’intercalation du graphite.
Preferably, step 1) of solubilization of the graphite carried out under an inert atmosphere comprises the implementation of the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal into graphite leading to a graphite intercalation compound; and
b) Chemical exfoliation and/or mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound.

Selon un mode de réalisation préféré, le procédé de solubilisation du graphite réalisée sous atmosphère inerte de l’étape 1) comprend les étapes suivantes, réalisées sous atmosphère inerte :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique combinée à une exfoliation mécanique du composé d’intercalation du graphite, caractérisées en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé à un solvant dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1,
de façon à obtenir une solution de graphènure.
According to a preferred embodiment, the graphite solubilization process carried out under an inert atmosphere in step 1) comprises the following steps, carried out under an inert atmosphere:
(a) Intercalation of at least one alkali metal into graphite leading to a graphite intercalation compound;
(b) Chemical exfoliation combined with mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound, characterized in that the graphite intercalation compound is mixed with a solvent in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate less than 400s-1,
in order to obtain a graphene solution.

Selon un autre mode de réalisation, le procédé de solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte de l’étape 1) comprend les étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique du composé d’intercalation du graphite à l’aide d’un solvant, préférentiellement à l’aide d’un solvant polaire aprotique, de façon préférée le THF, de façon à obtenir une solution de graphènure.
According to another embodiment, the graphite solubilization process carried out under an inert atmosphere of step 1) comprises the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal into graphite leading to a graphite intercalation compound;
b) Chemical exfoliation of the graphite intercalation compound using a solvent, preferably using an aprotic polar solvent, preferably THF, so as to obtain a graphene solution.

Selon un autre mode de réalisation, le procédé de solubilisation du graphite réalisée sous atmosphère inerte de l’étape 1) comprend les étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin par du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation mécanique du composé d’intercalation du graphite caractérisée en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1,
de façon à obtenir une solution de graphènure.
According to another embodiment, the graphite solubilization process carried out under an inert atmosphere in step 1) comprises the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal by graphite leading to a graphite intercalation compound;
(b) Mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound characterized in that the graphite intercalation compound is mixed in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate less than 400s-1,
in order to obtain a graphene solution.

Avantageusement, le procédé de solubilisation du graphite selon l’invention permet de solubiliser efficacement le graphite afin de produire une solution de graphènure comprenant une concentration suffisante en graphène de bonne qualité pour prévoir une utilisation industrielle.Advantageously, the method for solubilizing graphite according to the invention makes it possible to effectively solubilize the graphite in order to produce a graphene solution comprising a sufficient concentration of good quality graphene to provide for industrial use.

Le graphite utilisé dans l’étape a) peut être un graphite naturel ou synthétique.The graphite used in step a) may be natural or synthetic graphite.

Préférentiellement, le graphite de l’étape a) présente une proportion de carbone d’au moins 99%. De façon préférée, le graphite de l’étape a) présente une granulométrie comprise entre 100 µm et 5mm, notamment entre 300 et 800µm.Preferably, the graphite from step a) has a carbon proportion of at least 99%. Preferably, the graphite from step a) has a particle size of between 100 µm and 5 mm, in particular between 300 and 800 µm.

Selon un mode de réalisation préféré, au moins un métal alcalin intercalé dans du graphite de l’étape a) est choisi parmi le potassium, sodium, lithium, rubidium et le césium. Préférentiellement, au moins un métal alcalin intercalé dans du graphite à l’étape a) est le potassium.According to a preferred embodiment, at least one alkali metal intercalated in graphite from step a) is chosen from potassium, sodium, lithium, rubidium and cesium. Preferably, at least one alkali metal intercalated in graphite in step a) is potassium.

Dans un autre mode de réalisation, l’intercalation à l’étape a) se fait en présence d'un sel de métal alcalin obtenu à partir d'un métal alcalin. Par exemple, l’intercalation peut se faire en présence d'un sel polyaryl alcalin de formule A+B-, dans laquelle A+ représente un cation d'un ion alcalin, et B- représente un anion d'un composé polyaromatique.In another embodiment, the intercalation in step a) is carried out in the presence of an alkali metal salt obtained from an alkali metal. For example, the intercalation can be carried out in the presence of an alkali polyaryl salt of formula A+B-, in which A+ represents a cation of an alkali ion, and B- represents an anion of a polyaromatic compound.

De tels sels polyaryl alcalin et leur procédé de fabrication sont décrits par exemple dans (C. Stein, J. Poulenard, L. Bonnetain, J. Golé, C.R. Acad. Sci. Paris 260, 4503 (1965) ; « Synthesis of graphite intercalation compounds », A. Hérold in Chemical physics of intercalation, A.P. Legrand et S. Flandrois Eds, NATO ASI Series, series B, Vol. 172, pp. 3-45 (1987) ; F. Béguin et R. Setton New ternary lamellar compounds of graphite, Carbon 13, 293-)295 (1975).Such alkaline polyaryl salts and their manufacturing process are described for example in (C. Stein, J. Poulenard, L. Bonnetain, J. Golé, C.R. Acad. Sci. Paris 260, 4503 (1965); “Synthesis of graphite intercalation compounds”, A. Hérold in Chemical physics of intercalation, A.P. Legrand and S. Flandrois Eds, NATO ASI Series, series B, Vol. 172, pp. 3-45 (1987); F. Béguin and R. Setton New ternary lamellar compounds of graphite, Carbon 13, 293-)295 (1975).

Selon un mode de réalisation, le composé polyaromatique est choisi dans le groupe comprenant le naphtalène, la benzophénone, la fluorénone, la benzoquinone et l'anthraquinone.According to one embodiment, the polyaromatic compound is selected from the group comprising naphthalene, benzophenone, fluorenone, benzoquinone and anthraquinone.

Dans un mode de réalisation particulier, le composé polyaromatique est le naphtalène.In a particular embodiment, the polyaromatic compound is naphthalene.

Dans un autre mode de réalisation particulier, le sel polyaryl alcalin est un sel polyaryl de potassium (c'est-à-dire, un sel de formule A+B-, dans laquelle A+ représente K+).In another particular embodiment, the alkali polyaryl salt is a potassium polyaryl salt (i.e., a salt of formula A+B-, wherein A+ represents K+).

Avantageusement, le sel polyaryl alcalin de formule A+B-, est un sel de potassium de naphthalene (Naph- K+).Advantageously, the alkaline polyaryl salt of formula A+B-, is a potassium salt of naphthalene (Naph- K+).

Ainsi, à l’issue de l’intercalation d’au moins un métal alcalin dans le graphite, les feuillets de graphène constituant le composé d’intercalation du graphite, sont chargés négativement, on parle alors de graphènure. Ces charges négatives contribuent à améliorer la solubilité des feuillets de graphène.Thus, following the intercalation of at least one alkali metal in graphite, the graphene sheets constituting the graphite intercalation compound are negatively charged, and are then referred to as grapheneide. These negative charges contribute to improving the solubility of the graphene sheets.

De façon préférée, le composé d’intercalation du graphite de l’étape a) se présente sous la forme d’un composé binaire de formule KC8.Preferably, the graphite intercalation compound of step a) is in the form of a binary compound of formula KC8.

Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le composé d’intercalation du graphite obtenu à l’étape a) présente une distance inter-feuillets de graphène d’au moins 5 Ångström.According to a particular embodiment of the invention, the graphite intercalation compound obtained in step a) has an inter-graphene sheet distance of at least 5 Ångström.

La mesure de la distance inter-feuillets de graphène peut s’effectuer sous atmosphère inerte par des méthodes bien connues de l’homme du métier telles que la diffraction des rayons X.The measurement of the inter-graphene sheet distance can be carried out under an inert atmosphere by methods well known to those skilled in the art such as X-ray diffraction.

Avantageusement, lorsque l’étape b) comprend une exfoliation chimique, celle-ci permet de remplacer les interactions de Van der waals interfeuillets du graphite par des interactions électrostatiques. Ainsi, exposée à un solvant adapté, l’entropie des contres-ions des liaisons électrostatiques permet d’avoir une énergie libre de dissolution négative. En d’autres termes, l’exposition du composé d’intercalation à un solvant adapté permet de faciliter sa solubilisation.Advantageously, when step b) includes chemical exfoliation, this makes it possible to replace the interlayer Van der Waals interactions of the graphite with electrostatic interactions. Thus, when exposed to a suitable solvent, the entropy of the counterions of the electrostatic bonds makes it possible to have a negative free energy of dissolution. In other words, exposing the intercalation compound to a suitable solvent makes it possible to facilitate its solubilization.

Selon un mode de réalisation préféré, l’exfoliation chimique de l’étape b) est réalisée en exposant le composé d’intercalation du graphite à un solvant polaire aprotique. Préférentiellement ledit solvant polaire aprotique a une constante diélectrique comprise entre 5 et 200.According to a preferred embodiment, the chemical exfoliation of step b) is carried out by exposing the graphite intercalation compound to an aprotic polar solvent. Preferably, said aprotic polar solvent has a dielectric constant of between 5 and 200.

Préférentiellement, le solvant polaire aprotique est choisi parmi : le tétrahydrofurane (THF), le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), le 2-Méthyltétrahydrofurane (Me-THF) et le cyclopentylmethylether.Preferably, the aprotic polar solvent is chosen from: tetrahydrofuran (THF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), 2-methyltetrahydrofuran (Me-THF) and cyclopentylmethylether.

Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le solvant polaire aprotique est le THF.According to a particularly preferred embodiment, the aprotic polar solvent is THF.

De façon préférée, l’exfoliation chimique de l’étape b) est réalisée avec un ratio composé d’intercalation du graphite / solvant, préférentiellement solvent polaire aprotique, compris entre 1 et 50g/L.Preferably, the chemical exfoliation of step b) is carried out with a ratio of graphite intercalation compound/solvent, preferably aprotic polar solvent, of between 1 and 50g/L.

Lorsque l’étape b) comprend la combinaison d’une exfoliation chimique et mécanique, la modulation du ratio composé d’intercalation du graphite / solvant, préférentiellement solvent polaire aprotique, est importante pour maximiser le transfert d’énergie lié au régime turbulent engendré par l’exfoliation mécanique vers le composé d’intercalation du graphite.When step b) includes the combination of chemical and mechanical exfoliation, modulation of the graphite intercalation compound/solvent ratio, preferably aprotic polar solvent, is important to maximize the energy transfer related to the turbulent regime generated by the mechanical exfoliation to the graphite intercalation compound.

Au départ, la concentration en composé d’intercalation du graphite est importante par rapport au volume de solvant, préférentiellement de polaire aprotique. Cette concentration initiale permet de réaliser une exfoliation améliorée en combinant l’effet lié au cisaillement mais également à la friction entre les composés d’intercalation du graphite et le moyen de broyage (mélangeur à pâle, un moulin à billes, un barreau aimanté, un attriteur ou détriteur en milieu agité ou un « Ultra-Turrax »).Initially, the concentration of graphite intercalation compound is high relative to the volume of solvent, preferably aprotic polar. This initial concentration allows for improved exfoliation by combining the effect related to shear but also to friction between the graphite intercalation compounds and the grinding means (blade mixer, ball mill, magnetic bar, attritor or detritor in agitated medium or an “Ultra-Turrax”).

La combinaison de l’effet lié aux cisaillement/friction/broyage peut être mesurée dans le mélange comprenant le composé d’intercalation du graphite et le solvant, préférentiellement solvant polaire aprotique, par la mesure de la vitesse puis par le calcul du nombre de Reynolds et du nombre de Froude.The combination of shear/friction/grinding effect can be measured in the mixture comprising the graphite intercalation compound and the solvent, preferably a polar aprotic solvent, by measuring the velocity and then calculating the Reynolds number and the Froude number.

L’étape b) d’exfoliation chimique, lorsqu’elle est combinée à une exfoliation mécanique, est réalisée dans un mélange comprenant le composé d’intercalation du graphite et un solvant dans un régime turbulent présentant un nombre de Reynolds supérieur à 1000 et un nombre de Froude inférieur à 1 et un taux de cisaillement inférieur à 400s-1.Step b) of chemical exfoliation, when combined with mechanical exfoliation, is carried out in a mixture comprising the graphite intercalation compound and a solvent in a turbulent regime having a Reynolds number greater than 1000 and a Froude number less than 1 and a shear rate less than 400s-1.

De façon inattendue, la combinaison de l’exfoliation chimique et mécanique du composé d’intercalation du graphite dans un régime turbulent présentant un nombre de Reynolds supérieur à 1000, un nombre de Froude inférieur à 1, et un taux de cisaillement inférieur à 400s-1 permet la dissolution améliorée du composé d’intercalation du graphite, notamment dans le solvant, préférentiellement un solvant polaire aprotique.Unexpectedly, the combination of chemical and mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound in a turbulent regime with a Reynolds number greater than 1000, a Froude number less than 1, and a shear rate less than 400s-1 allows the enhanced dissolution of the graphite intercalation compound, especially in the solvent, preferentially an aprotic polar solvent.

Préférentiellement, le cisaillement est effectué pendant 24 à 200 heures.Preferably, shearing is carried out for 24 to 200 hours.

Ledit taux de cisaillement peut être mesuré par mesure de couple ou évalué par corrélation.Said shear rate can be measured by torque measurement or evaluated by correlation.

L’exfoliation mécanique de l’étape b) peut être réalisée par tout moyen, notamment tout moyen permettant d’obtenir un nombre de Reynolds supérieur à 1000, un nombre de Froude inférieur à 1, et un taux de cisaillement inférieur à 400s-1.The mechanical exfoliation of step b) can be carried out by any means, in particular any means making it possible to obtain a Reynolds number greater than 1000, a Froude number less than 1, and a shear rate less than 400s-1.

Le nombre de Reynolds, le nombre de Froude et le taux de cisaillement nécessaire à l’exfoliation mécanique peuvent être obtenus à l’aide d’un dispositif choisi parmi un mélangeur à pâle, un moulin à billes, un barreau aimanté, un attriteur ou détriteur en milieu agité ou un « Ultra-Turrax ».The Reynolds number, Froude number and shear rate required for mechanical exfoliation can be obtained using a device chosen from a paddle mixer, a ball mill, a magnetic stirrer, an attritor or detritor in agitated medium or an “Ultra-Turrax”.

Ainsi, le procédé de solubilisation de graphite selon l’invention permet d’obtenir des feuillets de graphène de grande taille latérale, préférentiellement supérieure à 300nm, notamment supérieure à 600nm, encore plus préférentiellement supérieure à 900nm.Thus, the graphite solubilization process according to the invention makes it possible to obtain graphene sheets of large lateral size, preferably greater than 300nm, in particular greater than 600nm, even more preferably greater than 900nm.

La mesure de la taille latérale des feuillets selon l’invention peut être effectuée par microscopie électronique à transmission, par microscopie à force atomique ou par mesure de la diffusion de la lumière.The measurement of the lateral size of the sheets according to the invention can be carried out by transmission electron microscopy, by atomic force microscopy or by measurement of light scattering.

De façon préférée, le procédé de solubilisation du graphite comprend une étape b’) d’élimination des agrégats, intervenant après l’étape b).Preferably, the graphite solubilization process comprises a step b’) of eliminating the aggregates, occurring after step b).

L’étape b’) d’élimination des agrégats permet avantageusement d’éliminer les éventuels agrégats comprenant les composés d’intercalations du graphite non exfoliés.Step b’) of removing the aggregates advantageously makes it possible to remove any aggregates comprising the non-exfoliated graphite intercalation compounds.

Préférentiellement, l’étape b’) comprend les étapes suivantes :
- Sédimentation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure et/ou
- Centrifugation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure.
Preferably, step b') comprises the following steps:
- Sedimentation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution and/or
- Centrifugation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution.

Avantageusement, l’étape b’) d’élimination des agrégats permet d’obtenir une solution de graphènure sans agrégat.Advantageously, step b’) of eliminating the aggregates makes it possible to obtain a graphene solution without aggregates.

La présence d’agrégats dans la solution de graphènure peut être vérifiée par différentes méthodes, notamment :
-Par microscopie optique ; Un échantillon de la solution de graphènure peut être prélevé à différents intervalles dans l’étape de centrifugation ou sédimentation pour déterminer lorsque celle-ci aura permis d’obtenir une solution exempte d’agrégats. L’examen au microscope optique permet de détecter des agrégats éventuels ayant une taille minimale de l’ordre du micron. Dans un mode de réalisation particulier, l’échantillon de la solution peut être analysé au microscope optique avec un grossissement de fois 50 à fois 100.
- Par corrélation entre microscopie et observation de l’effet Tyndal ; le passage d’un laser dans la solution de graphènure permet de s’assurer que celle-ci contient bien des particules en solution à une échelle suffisamment petite pour qu’elles ne soient pas visibles en microscopie.
- Par corrélation entre microscopie et spectroscopie Raman ; l’observation d’une longueur d’onde spécifique du carbone, préférentiellement à 1064nm, permet de s’assurer de la présence de carbone non visible en microscopie.
- Mesure de la conductivité ; Les feuillets de graphène étant chargés dans la solution de graphènure, il est possible de mesurer la conductivité de la solution de graphènure au travers de la contribution du graphène et des contre-ions à celle-ci.
The presence of aggregates in the graphene solution can be verified by different methods, including:
-By optical microscopy; A sample of the graphene solution can be taken at different intervals in the centrifugation or sedimentation step to determine when the latter has made it possible to obtain a solution free of aggregates. Examination under an optical microscope makes it possible to detect possible aggregates having a minimum size of the order of a micron. In a particular embodiment, the sample of the solution can be analyzed under an optical microscope with a magnification of times 50 to times 100.
- By correlation between microscopy and observation of the Tyndal effect; passing a laser through the graphene solution makes it possible to ensure that it does indeed contain particles in solution on a scale small enough that they are not visible under microscopy.
- By correlation between microscopy and Raman spectroscopy; the observation of a specific wavelength of carbon, preferably at 1064nm, makes it possible to ensure the presence of carbon not visible by microscopy.
- Conductivity measurement; Since the graphene sheets are loaded into the graphene solution, it is possible to measure the conductivity of the graphene solution through the contribution of graphene and counterions to it.

Selon un mode de réalisation, l’étape 1) de solubilisation du graphite réalisée sous atmosphère inerte comprend les étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique et/ou exfoliation mécanique du composé d’intercalation du graphite, de façon à obtenir une solution de graphènure
b’) Elimination des agrégats de la solution de graphènure obtenue à l’étape b), préférentiellement par sédimentation et/ou centrifugation.
According to one embodiment, step 1) of solubilization of the graphite carried out under an inert atmosphere comprises the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal into graphite leading to a graphite intercalation compound;
b) Chemical exfoliation and/or mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound, so as to obtain a graphene solution.
b') Removal of aggregates from the graphene solution obtained in step b), preferably by sedimentation and/or centrifugation.

Préférentiellement, l’étape 1) de solubilisation du graphite réalisée sous atmosphère inerte comprend les étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique combinée à une exfoliation mécanique du composé d’intercalation du graphite, caractérisées en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé à un solvant dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1, de façon à obtenir une solution de graphènure ;
b’) Elimination des agrégats de la solution de graphènure obtenue à l’étape b), préférentiellement par sédimentation et/ou centrifugation
Preferably, step 1) of solubilization of the graphite carried out under an inert atmosphere comprises the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal into graphite leading to a graphite intercalation compound;
(b) Chemical exfoliation combined with mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound, characterized in that the graphite intercalation compound is mixed with a solvent in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate lower than 400s-1, so as to obtain a graphene solution;
b') Removal of aggregates from the graphene solution obtained in step b), preferably by sedimentation and/or centrifugation

L’oxydation de la solution de graphènure de l’étape 2) peut être réalisée à l’aide d’un mélange gazeux comprenant de l’oxygène et au moins un gaz vecteur. Préférentiellement, le gaz vecteur est choisi parmi les gaz neutres en particulier l’azote ou l’argon.The oxidation of the graphene solution of step 2) can be carried out using a gas mixture comprising oxygen and at least one carrier gas. Preferably, the carrier gas is chosen from neutral gases, in particular nitrogen or argon.

De façon préférée, le mélange gazeux comprend un mélange d’oxygène et d’azote.Preferably, the gas mixture comprises a mixture of oxygen and nitrogen.

Avantageusement, la composition du gaz et l’humidité sont contrôlée pour oxyder la solution de graphènure.Advantageously, the gas composition and humidity are controlled to oxidize the graphene solution.

L’oxydation de la solution de graphènure permet de neutraliser les charges négatives des feuillets de graphène les rendant dispersibles dans des solvants aqueux.Oxidation of the graphene solution neutralizes the negative charges of the graphene sheets, making them dispersible in aqueous solvents.

Préférentiellement, l’oxydation de la solution de graphènure de l’étape 2) est réalisée à l’aide d’un mélange gazeux comprenant entre 70 et 85% d’oxygène et 30 à 15% d’azote.Preferably, the oxidation of the graphene solution from step 2) is carried out using a gas mixture comprising between 70 and 85% oxygen and 30 to 15% nitrogen.

Avantageusement, le mélange gazeux permet d’assurer une stabilité et une répétabilité du procédé sans dépendre de la qualité de l’air ambiant.Advantageously, the gas mixture ensures stability and repeatability of the process without depending on the quality of the ambient air.

Selon une variante, l’invention concerne un procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène comprenant une étape d’oxydation à l’air synthétique.According to one variant, the invention relates to a method for obtaining a liquid dispersion of graphene comprising a step of oxidation in synthetic air.

L’étape 3) de transfert de la dispersion organique de graphène est préférentiellement effectuée dans une matrice visqueuse présentant une viscosité absolue mesurée à 25°C à l’aide d’un rhéomètre comprise entre 5mPa.s et 100Pa.s, préférentiellement entre 100mPa.s et 10Pa.s.Step 3) of transferring the organic dispersion of graphene is preferably carried out in a viscous matrix having an absolute viscosity measured at 25°C using a rheometer of between 5mPa.s and 100Pa.s, preferably between 100mPa.s and 10Pa.s.

Avantageusement, la matrice visqueuse permet d’éviter le phénomène de réagrégation des feuillets de graphène.Advantageously, the viscous matrix makes it possible to avoid the phenomenon of reaggregation of the graphene sheets.

Selon une variante de l’invention, la matrice visqueuse de l’étape 3) est constituée d’un agent de viscosité.According to a variant of the invention, the viscous matrix of step 3) consists of a viscosity agent.

La matrice visqueuse de l’étape 3) peut être choisie parmi une matrice visqueuse aqueuse ou une matrice visqueuse organique.The viscous matrix of step 3) can be chosen from an aqueous viscous matrix or an organic viscous matrix.

Lorsque la matrice visqueuse de l’étape 3) est une matrice visqueuse aqueuse, elle comprend préférentiellement un mélange d’eau et d’au moins un agent de viscosité. Préférentiellement, la matrice visqueuse aqueuse comprend entre 0,1 et 30% d’agent de viscosité.When the viscous matrix of step 3) is an aqueous viscous matrix, it preferably comprises a mixture of water and at least one viscosity agent. Preferably, the aqueous viscous matrix comprises between 0.1 and 30% viscosity agent.

Selon une variante, la matrice visqueuse aqueuse est constituée d’un agent de viscosité, préférentiellement un polyéther. En d’autres termes, selon une variante, la matrice visqueuse aqueuse ne comprend pas d’eau.According to one variant, the aqueous viscous matrix is composed of a viscosity agent, preferably a polyether. In other words, according to one variant, the aqueous viscous matrix does not comprise water.

De façon préférée, l’agent de viscosité présent dans la matrice visqueuse aqueuse peut être choisi parmi la famille des polymères acryliques, des polyéthers, des alginates, des argiles ou des dérivés de la cellulose.Preferably, the viscosity agent present in the aqueous viscous matrix can be chosen from the family of acrylic polymers, polyethers, alginates, clays or cellulose derivatives.

Lorsque la matrice visqueuse de l’étape 3) est une matrice visqueuse organique, elle comprend préférentiellement un mélange de solvant organique et d’au moins un agent de viscosité. Préférentiellement, la matrice visqueuse organique comprend au moins 10% d’agent de viscosité, notamment au moins 30%.When the viscous matrix of step 3) is an organic viscous matrix, it preferably comprises a mixture of organic solvent and at least one viscosity agent. Preferably, the organic viscous matrix comprises at least 10% viscosity agent, in particular at least 30%.

Selon une variante, la matrice visqueuse organique est constituée d’un agent de viscosité, préférentiellement un époxy. En d’autres termes, selon une variante, la matrice visqueuse organique ne comprend pas de solvant organique.According to one variant, the organic viscous matrix is composed of a viscosity agent, preferably an epoxy. In other words, according to one variant, the organic viscous matrix does not comprise an organic solvent.

De façon préférée, l’agent de viscosité présent dans la matrice visqueuse organique peut être choisi parmi la famille des époxy, des élastomères, des polyuréthanes, des polyéthylènes, des polypropylènes, des polyamides, des polyéthercétones, des particules inorganiques, métalliques et carbonées.Preferably, the viscosity agent present in the organic viscous matrix can be chosen from the family of epoxies, elastomers, polyurethanes, polyethylenes, polypropylenes, polyamides, polyetherketones, inorganic, metallic and carbon particles.

Le solvant organique présent dans la matrice visqueuse organique peut être tout solvant organique miscible avec la matrice. Préférentiellement, ledit solvant organique est choisi parmi :
- des solvants de type hydrocarbures aliphatiques ou aromatique, en particulier le toluène, xylène, pentane, décane, dodécane ; et/ou
- des solvants comprenant au moins un atome d’oxygène, en particulier les cétones, acides, esters, éthers, préférentiellement l’acétone, l’acétate d’éthyle ou les éthers de glycol.
The organic solvent present in the organic viscous matrix may be any organic solvent miscible with the matrix. Preferably, said organic solvent is chosen from:
- aliphatic or aromatic hydrocarbon type solvents, in particular toluene, xylene, pentane, decane, dodecane; and/or
- solvents comprising at least one oxygen atom, in particular ketones, acids, esters, ethers, preferably acetone, ethyl acetate or glycol ethers.

De façon préférée, le transfert de la dispersion organique de graphène dans une matrice visqueuse ne comprend pas d’étape de dégazage.Preferably, the transfer of the organic graphene dispersion into a viscous matrix does not include a degassing step.

Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène comprend une étape supplémentaire 4) d’évaporation et/ou de distillation du solvant polaire aprotique.In a particular embodiment of the invention, the method for obtaining a liquid dispersion of graphene comprises an additional step 4) of evaporation and/or distillation of the aprotic polar solvent.

La dispersion liquide de graphène obtenu à l’étape 4) comprend une partie de solvant polaire aprotique. Pour éliminer la proportion restante de solvant polaire aprotique, l’étape 4) comprend au moins une évaporation et/ou une distillation.The liquid graphene dispersion obtained in step 4) comprises a portion of aprotic polar solvent. To remove the remaining proportion of aprotic polar solvent, step 4) comprises at least one evaporation and/or one distillation.

Préférentiellement l’étape 4) comprend au moins :
-une évaporation pendant une durée comprise entre 6 et 10 jours, préférentiellement 7 jours ; et/ou
- une distillation à une vitesse d’évaporation comprise entre 100mL/h à 2L/h, préférentiellement 500mL/h.
Preferably, step 4) comprises at least:
- evaporation for a period of between 6 and 10 days, preferably 7 days; and/or
- distillation at an evaporation rate of between 100mL/h and 2L/h, preferably 500mL/h.

Avantageusement, l’étape 4) permet d’obtenir une dispersion liquide de graphène sans solvant polaire aprotique.Advantageously, step 4) makes it possible to obtain a liquid dispersion of graphene without aprotic polar solvent.

Selon un mode de réalisation, le procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène comprend les étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte de façon à obtenir une solution de graphènure par la mise en œuvre des étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite réalisée sous atmosphère inerte conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique ou exfoliation mécanique réalisée sous atmosphère inerte du composé d’intercalation du graphite, de façon à obtenir une solution de graphènure :
b’) Elimination des agrégats de la solution de graphènure obtenue à l’étape b) de la solution de graphènure obtenue à l’étape b), préférentiellement par sédimentation et/ou centrifugation. Plus particulièrement, l’étape b’) peut comprendre les étapes suivantes :
- Sédimentation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure et/ou
- Centrifugation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure.
2) Oxydation de la solution de graphènure sans agrégat obtenue à l’étape b’) pour obtenir une dispersion organique de graphène ;
3) Transfert de la dispersion organique de graphène dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène ; et
4) Evaporation et/ou distillation du solvant polaire aprotique.
According to one embodiment, the method for obtaining a liquid dispersion of graphene comprises the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere in order to obtain a graphene solution by implementing the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal in graphite carried out under an inert atmosphere leading to a graphite intercalation compound;
b) Chemical exfoliation or mechanical exfoliation carried out under an inert atmosphere of the graphite intercalation compound, so as to obtain a graphene solution:
b') Removal of the aggregates of the graphene solution obtained in step b) from the graphene solution obtained in step b), preferably by sedimentation and/or centrifugation. More particularly, step b') may comprise the following steps:
- Sedimentation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution and/or
- Centrifugation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution.
2) Oxidation of the aggregate-free graphene solution obtained in step b') to obtain an organic graphene dispersion;
3) Transfer of the organic graphene dispersion into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion; and
4) Evaporation and/or distillation of the polar aprotic solvent.

Selon un mode de réalisation, la dispersion liquide de graphène obtenue à l’issue de l’étape 3) et/ou 4) présente une viscosité absolue mesurée à 25°C à l’aide d’un rhéomètre comprise entre 5mPa.s et 100Pa.s, préférentiellement entre 100mPa.s et 10Pa.s.According to one embodiment, the liquid graphene dispersion obtained at the end of step 3) and/or 4) has an absolute viscosity measured at 25°C using a rheometer of between 5mPa.s and 100Pa.s, preferably between 100mPa.s and 10Pa.s.

Selon un mode de réalisation préféré, le procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène comprend les étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte de façon à obtenir une solution de graphènure par la mise en œuvre des étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin par du graphite réalisée sous atmosphère inerte conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique combinée à une exfoliation mécanique réalisée sous atmosphère inerte du composé d’intercalation du graphite caractérisée en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé à un solvant dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1, de façon à obtenir une solution de graphènure ;
b’) Elimination des agrégats de la solution de graphènure obtenue à l’étape b), préférentiellement par sédimentation et/ou centrifugation. Plus particulièrement, l’étape b’) peut comprendre les étapes suivantes :
- Sédimentation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure et/ou
- Centrifugation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure.
2) Oxydation de la solution de graphènure sans agrégat obtenue à l’étape b’) pour obtenir une dispersion organique de graphène ;
3) Transfert de la dispersion organique de graphène dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène ; et
4) Evaporation et/ou distillation du solvant polaire aprotique
According to a preferred embodiment, the method for obtaining a liquid dispersion of graphene comprises the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere in order to obtain a graphene solution by implementing the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal by graphite carried out under an inert atmosphere leading to a graphite intercalation compound;
b) Chemical exfoliation combined with mechanical exfoliation carried out under an inert atmosphere of the graphite intercalation compound, characterized in that the graphite intercalation compound is mixed with a solvent in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate lower than 400s-1, so as to obtain a graphene solution;
b') Removal of aggregates from the graphene solution obtained in step b), preferably by sedimentation and/or centrifugation. More particularly, step b') may comprise the following steps:
- Sedimentation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution and/or
- Centrifugation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution.
2) Oxidation of the aggregate-free graphene solution obtained in step b') to obtain an organic graphene dispersion;
3) Transfer of the organic graphene dispersion into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion; and
4) Evaporation and/or distillation of the polar aprotic solvent

Selon une variante, lorsque le procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène comprend l’étape 4), ledit procédé peut comprendre une étape optionnelle 5) de recyclage du solvant polaire aprotique.According to a variant, when the process for obtaining a liquid dispersion of graphene comprises step 4), said process may comprise an optional step 5) of recycling the aprotic polar solvent.

L’étape 5) de recyclage du solvant polaire aprotique peut comprendre les étapes suivantes :
- Récupération des vapeurs du solvant évaporé ou distillé lors de l’étape 4) ;
- Purification par séparation membranaire ou distillation extractive ;
- éventuellement réutilisation dans le procédé par injection du solvant polaire aprotique recyclé à l’étape b).
Step 5) of recycling the polar aprotic solvent may include the following steps:
- Recovery of vapors from the solvent evaporated or distilled during step 4);
- Purification by membrane separation or extractive distillation;
- possibly reuse in the process by injection of the aprotic polar solvent recycled in step b).

Avantageusement, l’étape 5) permet de diminuer les pertes de solvant et de diminuer les coûts de production de la dispersion liquide de graphène.Advantageously, step 5) makes it possible to reduce solvent losses and to reduce the production costs of the liquid graphene dispersion.

Selon une autre variante de l’invention, le procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène comprend les étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte de façon à obtenir une solution de graphènure par la mise en œuvre des étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin par du graphite réalisée sous atmosphère inerte conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique combinée à une exfoliation mécanique réalisée sous atmosphère inerte du composé d’intercalation du graphite dans une matrice visqueuse caractérisée en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé à un solvant dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1, de façon à obtenir une solution de graphènure ;
b’) Elimination des agrégats de la solution de graphènure obtenue à l’étape b), préférentiellement par sédimentation et/ou centrifugation. Plus particulièrement, l’étape b’) peut comprendre les étapes suivantes :
- Sédimentation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure et/ou
- Centrifugation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure.
2) Oxydation de la solution de graphènure sans agrégat obtenue à l’étape b’) pour obtenir une dispersion organique de graphène.
According to another variant of the invention, the method for obtaining a liquid dispersion of graphene comprises the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere in order to obtain a graphene solution by implementing the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal by graphite carried out under an inert atmosphere leading to a graphite intercalation compound;
b) Chemical exfoliation combined with mechanical exfoliation carried out under an inert atmosphere of the graphite intercalation compound in a viscous matrix, characterized in that the graphite intercalation compound is mixed with a solvent in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate lower than 400s-1, so as to obtain a graphene solution;
b') Removal of aggregates from the graphene solution obtained in step b), preferably by sedimentation and/or centrifugation. More particularly, step b') may comprise the following steps:
- Sedimentation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution and/or
- Centrifugation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution.
2) Oxidation of the aggregate-free graphene solution obtained in step b') to obtain an organic graphene dispersion.

Ainsi, selon une variante, l’étape b) d’exfoliation chimique et/ou mécanique est réalisée sur un composé d’intercalation du graphite dans une matrice visqueuse. L’étape 3) du procédé est alors réalisée dans l’étape b) de façon simultanée.Thus, according to a variant, step b) of chemical and/or mechanical exfoliation is carried out on a compound of graphite intercalation in a viscous matrix. Step 3) of the process is then carried out in step b) simultaneously.

DispersionDispersion liquideliquid de graphènegraphene

Aussi, selon un autre aspect, l’invention a pour objet une dispersion liquide de graphène comprenant entre 0,1 et 50 g/L de graphène et présentant une viscosité absolue mesurée à 25°C à l’aide d’un rhéomètre comprise entre 5mPa.s et 100Pa.s.Also, according to another aspect, the invention relates to a liquid dispersion of graphene comprising between 0.1 and 50 g/L of graphene and having an absolute viscosity measured at 25°C using a rheometer of between 5 mPa.s and 100 Pa.s.

Préférentiellement, la dispersion liquide de graphène comprend entre 1 et 50 g/L de graphène, notamment entre 1 et 20 g/L, encore plus préférentiellement entre 5 et 50g/L.Preferably, the liquid dispersion of graphene comprises between 1 and 50 g/L of graphene, in particular between 1 and 20 g/L, even more preferably between 5 and 50 g/L.

Le graphène se présente sous forme de feuillets dans la dispersion liquide de graphène.Graphene occurs as sheets in the liquid graphene dispersion.

De façon préférée, les feuillets de graphène présents dans la dispersion liquide de graphène présentent une épaisseur inférieure à 10 couches atomiques, encore plus préférentiellement inférieure à 5 couches atomiques. Selon un mode de réalisation au moins un feuillet de graphène présent dans la dispersion liquide de graphène présente une épaisseur inférieure à 10 couches atomiques, encore plus préférentiellement inférieure à 5 couches atomiques. De façon préférée, chaque feuillet présent dans la dispersion liquide de graphène présente une épaisseur inférieure à 10 couches atomiques, encore plus préférentiellement inférieure à 5 couches atomiques.Preferably, the graphene sheets present in the liquid graphene dispersion have a thickness of less than 10 atomic layers, even more preferably less than 5 atomic layers. According to one embodiment, at least one graphene sheet present in the liquid graphene dispersion has a thickness of less than 10 atomic layers, even more preferably less than 5 atomic layers. Preferably, each sheet present in the liquid graphene dispersion has a thickness of less than 10 atomic layers, even more preferably less than 5 atomic layers.

Selon une variante au moins un feuillet de graphène présente moins de 4 couches atomiques, préférentiellement moins de 3 couches atomiques, moins de deux couches atomiques. Selon un mode de réalisation, au moins un feuillet de graphène est monocouche, préférentiellement au moins deux, et selon une variante tous les feuillets de graphène sont monocouches.According to one variant, at least one graphene sheet has less than 4 atomic layers, preferably less than 3 atomic layers, less than two atomic layers. According to one embodiment, at least one graphene sheet is single-layer, preferably at least two, and according to one variant all the graphene sheets are single-layer.

Selon un mode de réalisation, les feuillets de graphène présents dans la dispersion liquide présentent :
- une épaisseur moyenne de 1 à 8 nm, préférentiellement 2 à 3nm, et/ou
- une taille latérale moyenne supérieur à 300nm, préférentiellement comprise entre 300nm et 1µm, notamment comprise entre 500 et 700nm.
According to one embodiment, the graphene sheets present in the liquid dispersion have:
- an average thickness of 1 to 8 nm, preferably 2 to 3 nm, and/or
- an average lateral size greater than 300nm, preferably between 300nm and 1µm, in particular between 500 and 700nm.

Avantageusement, la dispersion liquide de graphène selon l’invention présente des feuillets de graphène de bonne qualité.Advantageously, the liquid graphene dispersion according to the invention has graphene sheets of good quality.

La dispersion liquide de graphène selon l’invention est stable, préférentiellement pendant une durée d’au moins 3 mois. Ainsi, pendant au moins 3 mois, la dispersion liquide de graphène selon l’invention ne présente aucun agrégat notamment aucun agrégat issu de la réagrégation des feuillets de graphène. Dans le contexte de l’invention, il est possible de vérifier la stabilité de la dispersion liquide au cours du temps par suivi de la viscosité. En effet, si la viscosité augmente au cours du temps, cela signifie qu’il y a une réagrégation du graphène.The liquid graphene dispersion according to the invention is stable, preferably for a period of at least 3 months. Thus, for at least 3 months, the liquid graphene dispersion according to the invention does not have any aggregates, in particular any aggregates resulting from the reaggregation of the graphene sheets. In the context of the invention, it is possible to verify the stability of the liquid dispersion over time by monitoring the viscosity. Indeed, if the viscosity increases over time, this means that there is a reaggregation of the graphene.

Ainsi, selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la dispersion liquide de graphène présente une viscosité stable, préférentiellement pendant une durée d’au moins 3 mois.Thus, according to a preferred embodiment of the invention, the liquid graphene dispersion has a stable viscosity, preferably for a period of at least 3 months.

De façon préférée, la dispersion liquide de graphène présente une viscosité absolue mesurée à 25°C à l’aide d’un rhéomètre comprise entre 100mPa.s et 10Pa.s.Preferably, the liquid graphene dispersion has an absolute viscosity measured at 25°C using a rheometer of between 100 mPa.s and 10 Pa.s.

Avantageusement, la viscosité particulière de la dispersion liquide de graphène selon l’invention lui permet de garantir une stabilité et une concentration en graphène particulièrement élevée.Advantageously, the particular viscosity of the liquid graphene dispersion according to the invention allows it to guarantee stability and a particularly high graphene concentration.

Selon un mode de réalisation, la dispersion liquide de graphène selon l’invention comprend une matrice visqueuse aqueuse ou une matrice visqueuse organique.According to one embodiment, the liquid graphene dispersion according to the invention comprises an aqueous viscous matrix or an organic viscous matrix.

Selon un mode de réalisation, la dispersion liquide de graphène selon l’invention comprend une matrice visqueuse aqueuse et au moins un agent de viscosité, dans laquelle l’agent de viscosité présente une concentration comprise entre 0,1 et 30% en poids du poids total de la dispersion.According to one embodiment, the liquid graphene dispersion according to the invention comprises an aqueous viscous matrix and at least one viscosity agent, in which the viscosity agent has a concentration of between 0.1 and 30% by weight of the total weight of the dispersion.

Selon une variante, la matrice visqueuse aqueuse est constituée d’un agent de viscosité, préférentiellement un polyéther. En d’autres termes, selon une variante, la matrice visqueuse aqueuse ne comprend pas d’eau.According to one variant, the aqueous viscous matrix is composed of a viscosity agent, preferably a polyether. In other words, according to one variant, the aqueous viscous matrix does not comprise water.

De façon préférée, l’agent de viscosité présent dans la matrice visqueuse aqueuse peut être choisi parmi la famille des polymères acryliques, des polyéthers, des alginates, des argiles ou des dérivés de la cellulose.Preferably, the viscosity agent present in the aqueous viscous matrix can be chosen from the family of acrylic polymers, polyethers, alginates, clays or cellulose derivatives.

Selon un autre mode de réalisation, la dispersion liquide de graphène selon l’invention comprend une matrice organique et un agent de viscosité, dans laquelle l’agent de viscosité présente une concentration d’au moins 10% en poids du poids total de la dispersion. Préférentiellement, lorsque la dispersion liquide de graphène selon l’invention comprend une matrice organique et un agent de viscosité, ledit agent de viscosité présente une concentration d’au moins 20%, notamment au moins 50%, encore plus préférentiellement au moins 75% en poids du poids total de la dispersion.According to another embodiment, the liquid graphene dispersion according to the invention comprises an organic matrix and a viscosity agent, in which the viscosity agent has a concentration of at least 10% by weight of the total weight of the dispersion. Preferably, when the liquid graphene dispersion according to the invention comprises an organic matrix and a viscosity agent, said viscosity agent has a concentration of at least 20%, in particular at least 50%, even more preferably at least 75% by weight of the total weight of the dispersion.

Selon une variante, la matrice visqueuse organique est constituée d’un agent de viscosité, préférentiellement un époxy. En d’autres termes, selon une variante, la matrice visqueuse organique ne comprend pas de solvant organique.According to one variant, the organic viscous matrix is composed of a viscosity agent, preferably an epoxy. In other words, according to one variant, the organic viscous matrix does not comprise an organic solvent.

De façon préférée, l’agent de viscosité présent dans la matrice visqueuse organique peut être choisi parmi la famille des époxy, des élastomères, des polyuréthanes, des polyéthylènes, des polypropylènes, des polyamides, des polyéthercétones, des particules inorganiques, métalliques et carbonées.Preferably, the viscosity agent present in the organic viscous matrix can be chosen from the family of epoxies, elastomers, polyurethanes, polyethylenes, polypropylenes, polyamides, polyetherketones, inorganic, metallic and carbon particles.

Ainsi, en fonction de son procédé d’obtention, la dispersion liquide de graphène selon l’invention peut comprendre une matrice visqueuse aqueuse ou une matrice visqueuse organique.Thus, depending on its production process, the liquid graphene dispersion according to the invention may comprise an aqueous viscous matrix or an organic viscous matrix.

Lorsque la dispersion liquide de graphène comprend une matrice organique, l’absence d’agrégat peut être vérifié selon l’une des techniques préalablement citées, à savoir par microscopie optique, par corrélation entre microscopie et observation de l’effet Tyndal, par mesure de la conductivité ou par suivi de la viscosité.When the liquid graphene dispersion includes an organic matrix, the absence of aggregates can be verified using one of the techniques previously mentioned, namely by optical microscopy, by correlation between microscopy and observation of the Tyndal effect, by measurement of conductivity or by monitoring of viscosity.

Lorsque la dispersion liquide de graphène comprend une matrice aqueuse, l’absence d’agrégat est préférentiellement mesurée par spectrophotométrie.When the liquid graphene dispersion comprises an aqueous matrix, the absence of aggregate is preferentially measured by spectrophotometry.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse présente un spectre d’absorption comprenant un pic à 269 nm.According to a preferred embodiment of the invention, the liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix has an absorption spectrum comprising a peak at 269 nm.

L’absorbance peut être mesurée à l’aide d’un spectrophotomètre UV. La spectroscopie UV est une des techniques utilisées selon l’invention pour garantir l’absence d’agrégat.Absorbance can be measured using a UV spectrophotometer. UV spectroscopy is one of the techniques used according to the invention to ensure the absence of aggregates.

Avantageusement, la présence d’un pic à 269nm est un paramètre décrivant la présence de graphène. Il s’agit ainsi d’un indicateur de la qualité de la dispersion démontrant que la solution contient du graphène et non du graphite ou du graphène oxydé. Ainsi la présence d’un pic à 269nm est un indicateur indirect de la stabilité de la dispersion liquide de graphène.Advantageously, the presence of a peak at 269nm is a parameter describing the presence of graphene. It is thus an indicator of the quality of the dispersion demonstrating that the solution contains graphene and not graphite or oxidized graphene. Thus the presence of a peak at 269nm is an indirect indicator of the stability of the liquid graphene dispersion.

Selon un autre mode de réalisation, la dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice aqueuse présente un spectre d’absorption ne comprenant pas de pic à 230nm.According to another embodiment, the liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous matrix has an absorption spectrum not comprising a peak at 230 nm.

Lorsque la dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse, comprend dans son spectre d’absorption un pic à 230nm, cela signifie la présence d’oxyde de graphène, élément indésirable à ce stage du procédé.When the liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix includes a peak at 230nm in its absorption spectrum, this means the presence of graphene oxide, an undesirable element at this stage of the process.

La dispersion liquide de graphène selon l’invention comprenant une matrice aqueuse peut être caractérisée à l’aide de 3 bandes vibrationnelles observée par spectrophotométrie RAMAN, à savoir :
- 1350 cm-1 (pic D) ;
- 1580 cm-1 (pic G) ; et
- entre 2680 et 2700 cm-1 (pic 2D).
The liquid graphene dispersion according to the invention comprising an aqueous matrix can be characterized using 3 vibrational bands observed by RAMAN spectrophotometry, namely:
- 1350 cm-1 (peak D);
- 1580 cm-1 (peak G); and
- between 2680 and 2700 cm-1 (2D peak).

Ces trois pics sont caractéristiques d’une signature graphitique.These three peaks are characteristic of a graphitic signature.

Ainsi, selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse, comprend 3 bandes vibrationnelles observées par spectrophotométrie RAMAN :
- 1350 cm-1 (pic D) ;
- 1580 cm-1 (pic G) ; et
- entre 2680 et 2700 cm-1 (pic 2D).
Thus, according to a particularly preferred embodiment, the liquid dispersion of graphene comprising an aqueous matrix, comprises 3 vibrational bands observed by RAMAN spectrophotometry:
- 1350 cm-1 (peak D);
- 1580 cm-1 (peak G); and
- between 2680 and 2700 cm-1 (2D peak).

La présence du pic D est représentative d’un désordre ou de défaut (sp3) de la dispersion de graphène. La présence du pic G est quant à elle représentative de la présence de graphène (vibration sp2 dans le plan). Enfin, la présence du pic 2D est représentative du nombre de couche. Lorsque le pic 2D est fin, symétrique et intense, il s’agit de monofeuillet. Lorsque le pic 2D est large, avec épaulement et de faible intensité, il s’agit de graphite.The presence of the D peak is representative of a disorder or defect (sp3) in the graphene dispersion. The presence of the G peak is representative of the presence of graphene (sp2 vibration in the plane). Finally, the presence of the 2D peak is representative of the number of layers. When the 2D peak is thin, symmetrical and intense, it is a single sheet. When the 2D peak is wide, with a shoulder and of low intensity, it is graphite.

Ainsi, l’intensité des bandes vibrationnelles de la dispersion liquide de graphène peut être utilisée pour définir la stabilité de ladite dispersion.Thus, the intensity of the vibrational bands of the liquid graphene dispersion can be used to define the stability of said dispersion.

Selon un mode de réalisation, la dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse comprend :
- un ratio d’intensité pic D / intensité pic G inférieur à 1,5 ; et
- un ratio d’intensité pic 2D / intensité G supérieur à 1.
According to one embodiment, the liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix comprises:
- a peak intensity ratio D / peak intensity G less than 1.5; and
- a 2D peak intensity / G intensity ratio greater than 1.

Selon un autre mode de réalisation, la dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse comprend :
- un pic D présentant une largeur à mi-hauteur inférieur à 33 cm-1 ; et/ou
- un pic 2D présentant une largeur à mi-hauteur inférieur à 55cm-1, préférentiellement inférieur à 50cm-1.
According to another embodiment, the liquid graphene dispersion comprising an aqueous matrix comprises:
- a peak D with a width at mid-height of less than 33 cm-1; and/or
- a 2D peak with a width at mid-height less than 55cm-1, preferably less than 50cm-1.

Avantageusement, l’intensité et la largeur à mi-hauteur des bande vibrationnelles permettent de démontrer la qualité du graphène présent dans la dispersion.Advantageously, the intensity and the width at half-height of the vibrational bands make it possible to demonstrate the quality of the graphene present in the dispersion.

La spectroscopie UV, la spectrophotométrie RAMAN, sont des paramètres pouvant être mesuré au cours du temps pour montrer la stabilité et/ou la qualité de la dispersion liquide de graphène selon l’invention.UV spectroscopy, RAMAN spectrophotometry, are parameters that can be measured over time to show the stability and/or quality of the liquid graphene dispersion according to the invention.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la dispersion liquide de graphène est susceptible d’être obtenue par le procédé d’obtention d’une dispersion liquide décrit ou l’un des quelconques modes de réalisation.According to a preferred embodiment of the invention, the liquid dispersion of graphene is capable of being obtained by the method for obtaining a liquid dispersion described or any of the embodiments.

Ainsi, la dispersion liquide de graphène est susceptible d’être obtenue par la mise en œuvre des étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte de façon à obtenir une solution de graphènure par la mise en œuvre des étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite réalisée sous atmosphère inerte conduisant à un composé d’intercalation du graphite ; et
b) Exfoliation chimique et/ou exfoliation mécanique réalisée sous atmosphère inerte du composé d’intercalation du graphite, de façon à obtenir une solution de graphènure ;
2) Oxydation de la solution de graphènure obtenue à l’étape b) pour obtenir une dispersion organique de graphène ; et
3) Transfert de la dispersion organique de graphène dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène.
Thus, the liquid dispersion of graphene is likely to be obtained by implementing the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere in order to obtain a graphene solution by implementing the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal in graphite carried out under an inert atmosphere leading to a graphite intercalation compound; and
b) Chemical exfoliation and/or mechanical exfoliation carried out under an inert atmosphere of the graphite intercalation compound, so as to obtain a graphene solution;
2) Oxidation of the graphene solution obtained in step b) to obtain an organic graphene dispersion; and
3) Transfer of the organic graphene dispersion into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion.

Préférentiellement, la dispersion liquide de graphène est susceptible d’être obtenue par la mise en œuvre des étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte de façon à obtenir une solution de graphènure par la mise en œuvre des étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite réalisée sous atmosphère inerte conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique et/ou exfoliation mécanique réalisée sous atmosphère inerte du composé d’intercalation du graphite, de façon à obtenir une solution de graphènure ;
b’) Elimination des agrégats de la solution de graphènure obtenue à l’étape b), préférentiellement par sédimentation et/ou centrifugation. Plus particulièrement, l’étape b’) peut comprendre les étapes suivantes :
- Sédimentation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure et/ou
- Centrifugation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure.
2) Oxydation de la solution de graphènure sans agrégat obtenue à l’étape b’)pour obtenir une dispersion organique de graphène ; et
3) Transfert de la dispersion organique de graphène dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène ; et
4) Evaporation et/ou distillation du solvant polaire aprotique.
Preferably, the liquid dispersion of graphene is likely to be obtained by implementing the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere in order to obtain a graphene solution by implementing the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal in graphite carried out under an inert atmosphere leading to a graphite intercalation compound;
b) Chemical exfoliation and/or mechanical exfoliation carried out under an inert atmosphere of the graphite intercalation compound, so as to obtain a graphene solution;
b') Removal of aggregates from the graphene solution obtained in step b), preferably by sedimentation and/or centrifugation. More particularly, step b') may comprise the following steps:
- Sedimentation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution and/or
- Centrifugation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution.
2) Oxidation of the aggregate-free graphene solution obtained in step b') to obtain an organic graphene dispersion; and
3) Transfer of the organic graphene dispersion into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion; and
4) Evaporation and/or distillation of the polar aprotic solvent.

Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la dispersion liquide de graphène est susceptible d’être obtenue par la mise en œuvre des étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte de façon à obtenir une solution de graphènure par la mise en œuvre des étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite réalisée sous atmosphère inerte conduisant à un composé d’intercalation du graphite ;
b) Exfoliation chimique combinée à une exfoliation mécanique réalisée sous atmosphère inerte du composé d’intercalation du graphite caractérisées en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé à un solvant dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1, de façon à obtenir une solution de graphènure ;
b’) Elimination des agrégats de la solution de graphènure obtenue à l’étape b), préférentiellement par sédimentation et/ou centrifugation. Plus particulièrement, l’étape b’) peut comprendre les étapes suivantes :
- Sédimentation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure et/ou
- Centrifugation et rejet des agrégats situés dans la partie inférieure de la solution de graphènure.
2) Oxydation de la solution de graphènure sans agrégat obtenue à l’étape b’) pour obtenir une dispersion organique de graphène ;
3) Transfert de la dispersion organique de graphène dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène ; et
4) Evaporation et/ou distillation du solvant polaire aprotique.
According to a particularly preferred embodiment, the liquid dispersion of graphene is capable of being obtained by implementing the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere in order to obtain a graphene solution by implementing the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal in graphite carried out under an inert atmosphere leading to a graphite intercalation compound;
b) Chemical exfoliation combined with mechanical exfoliation carried out under an inert atmosphere of the graphite intercalation compound, characterized in that the graphite intercalation compound is mixed with a solvent in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate lower than 400s-1, so as to obtain a graphene solution;
b') Removal of aggregates from the graphene solution obtained in step b), preferably by sedimentation and/or centrifugation. More particularly, step b') may comprise the following steps:
- Sedimentation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution and/or
- Centrifugation and rejection of aggregates located in the lower part of the graphene solution.
2) Oxidation of the aggregate-free graphene solution obtained in step b') to obtain an organic graphene dispersion;
3) Transfer of the organic graphene dispersion into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion; and
4) Evaporation and/or distillation of the polar aprotic solvent.

UtilisationUse ss

Selon un autre aspect, l’invention concerne l’utilisation d’une dispersion liquide de graphène susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’invention pour la fabrication de composants électronique ou microélectroniques, tels que des condensateurs ou les transistors.According to another aspect, the invention relates to the use of a liquid dispersion of graphene capable of being obtained by the method according to the invention for the manufacture of electronic or microelectronic components, such as capacitors or transistors.

De façon préférée, la dispersion liquide de graphène susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’invention est particulièrement adaptée à son utilisation comme un additif, notamment dans des compositions telles que des revêtements type peintures, encres ou polymères.Preferably, the liquid dispersion of graphene capable of being obtained by the process according to the invention is particularly suitable for its use as an additive, in particular in compositions such as coatings such as paints, inks or polymers.

Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la dispersion liquide de graphène peut être utilisé comme revêtement, préférentiellement comme revêtement de surface.According to a particularly preferred embodiment, the liquid graphene dispersion can be used as a coating, preferably as a surface coating.

Selon un autre mode de réalisation, la dispersion liquide de graphène peut être utilisée pour améliorer au moins une propriété d’un matériau choisie parmi :
- l’imperméabilité
- l’effet déperlant
-le management thermique
- la conductivité thermique
- la conductivité électrique
- l’effet antistatique
- la résistance mécanique et
- la dureté de surface.
According to another embodiment, the liquid graphene dispersion can be used to improve at least one property of a material chosen from:
- impermeability
- the water-repellent effect
-thermal management
- thermal conductivity
- electrical conductivity
- the antistatic effect
- mechanical resistance and
- surface hardness.

Selon un dernier aspect l'invention a pour objet des compositions hydrophobes, lubrifiantes, anti-rayures, de blindages électromagnétiques, anti-corrosions comprenant la dispersion liquide de graphène selon l’invention.According to a final aspect, the invention relates to hydrophobic, lubricating, anti-scratch, electromagnetic shielding and anti-corrosion compositions comprising the liquid graphene dispersion according to the invention.

ExemplesExamples

Exemple1: Dispersions de graphène dans diverses matrices visqueuses aqueuses et mesure des paramètres de contrôle qualité Example 1 : Graphene dispersions in various aqueous viscous matrices and measurement of quality control parameters

Dans cet exemple, la stabilité de trois types de dispersions sont comparés en fonction de la viscosité de la matrice utilisée. Les trois dispersions utilisées dans cet exemple sont les suivantes :
- Condition (A) : une dispersion liquide de graphène comprenant une matrice aqueuse exempte d’agent visqueux (Hors invention) ;
- Condition (B) : une dispersion liquide de graphène comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polymère acrylique à 0,5% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention, et
- Condition (C) : une dispersion liquide de graphène comprenant une matrice visqueuse aqueuse et un agent de viscosité de type polyéther à 30% en poids du poids total de la dispersion, ladite dispersion étant obtenu par le procédé selon l’invention.
In this example, the stability of three types of dispersions are compared as a function of the viscosity of the matrix used. The three dispersions used in this example are as follows:
- Condition (A): a liquid dispersion of graphene comprising an aqueous matrix free of viscous agent (Outside the invention);
- Condition (B): a liquid dispersion of graphene comprising an aqueous viscous matrix and a viscosity agent of acrylic polymer type at 0.5% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the process according to the invention, and
- Condition (C): a liquid dispersion of graphene comprising an aqueous viscous matrix and a polyether-type viscosity agent at 30% by weight of the total weight of the dispersion, said dispersion being obtained by the process according to the invention.

ProcédéProcess d’obtentionof obtaining des dispersionsdispersions liquidesliquids de graphènegraphene ::

Les dispersions liquides de graphène décrites dans cet exemple sont obtenues par la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention comprend les étapes suivantes sous atmosphère inerte :
- Mélange de 1.77 g de graphite avec 0.73 g de potassium à 150°C pendant 5h ;
- Le sel de KC8 obtenu est placé dans un réacteur en verre avec 500mL de THF et agité à un cisaillement de 50s-1 pendant 140h ;
- Le sel non exfolié est éliminé par sédimentation puis centrifugation.
- La solution de graphènure obtenue exempte d’agrégat est oxydée à l'air synthétique à un débit de 0.1L/min puis mélangée immédiatement à la matrice correspondante dans un ratio de 4 :1 ;
- Le THF est éliminé par évaporation afin d'obtenir une dispersion liquide de graphène.
The liquid graphene dispersions described in this example are obtained by implementing a method according to the invention comprising the following steps under an inert atmosphere:
- Mixture of 1.77 g of graphite with 0.73 g of potassium at 150°C for 5 hours;
- The obtained KC8 salt is placed in a glass reactor with 500mL of THF and stirred at a shear rate of 50s-1 for 140h;
- The non-exfoliated salt is eliminated by sedimentation then centrifugation.
- The obtained graphene solution free of aggregate is oxidized in synthetic air at a flow rate of 0.1L/min then immediately mixed with the corresponding matrix in a ratio of 4:1;
- THF is removed by evaporation to obtain a liquid dispersion of graphene.

Etude de la viscosité :Viscosity study:

La montre la viscosité dynamique des dispersions liquides de graphène. Les matrices contenant un agent visqueux présentent une viscosité de 1 mPa.s, 6mPa.s et 10mPa.s pour la dispersion contenant uniquement de l’eau, contenant 0.5% massique d’un agent visqueux de type polymère acrylique et contenant 30% massique d’un agent visqueux de type polyéther respectivement. Par ailleurs, cette viscosité est stable dans le temps, notamment après 7 jours.There shows the dynamic viscosity of graphene liquid dispersions. The matrices containing a viscous agent have a viscosity of 1 mPa.s, 6mPa.s and 10mPa.s for the dispersion containing only water, containing 0.5% by mass of an acrylic polymer type viscous agent and containing 30% by mass of a polyether type viscous agent respectively. Furthermore, this viscosity is stable over time, especially after 7 days.

Observation macroscopiqueMacroscopic observation à J+1 et J+at D+1 and D+ 77 ::

Visuellement, les dispersions produites sont de couleur grises ( ), la dispersion à 1mPa.s correspondant à la condition (A) présente des agrégats de graphène visibles à l’œil tandis que les autres dispersions sont homogènes, sans agrégat visibles. Les résultats observés à J+7 sont identiques.Visually, the dispersions produced are gray in color ( ), the dispersion at 1 mPa.s corresponding to condition (A) presents graphene aggregates visible to the eye while the other dispersions are homogeneous, without visible aggregates. The results observed at D+7 are identical.

Spectroscopie UV-visibleUV-visible spectroscopy ::

L’analyse en spectroscopie UV-visible représenté à la confirme ce constat avec une absorbance constante pour les dispersions à 6 et 10mPa.s tandis que l’absorbance diminue au cours du temps pour la dispersion à 1mPa.s, preuve de la déstabilisation de l’échantillon. En d’autres termes, la dispersion de la condition (A) n’est pas stable dans le temps. La illustre ainsi l’apparition d’agrégat avec le temps dans la condition (A). La montre quant à elle que toutes les dispersions présentent un pic à 269 nm et une absence de pic à 230nm ce qui confirme la présence de graphène en dispersion et non d’oxyde de graphène.The UV-visible spectroscopy analysis shown in the confirms this observation with a constant absorbance for the dispersions at 6 and 10 mPa.s while the absorbance decreases over time for the dispersion at 1 mPa.s, proof of the destabilization of the sample. In other words, the dispersion of condition (A) is not stable over time. The thus illustrates the appearance of aggregate with time in condition (A). The shows that all the dispersions have a peak at 269 nm and an absence of peak at 230 nm which confirms the presence of graphene in dispersion and not graphene oxide.

SpectroscopieSpectroscopy RamanRaman ::

La spectroscopie Raman confirme la présence de graphène de qualité avec :
- un ratio d’intensité pic D / intensité pic G inférieur à 1,5 ; et
- un ratio d’intensité pic 2D / intensité G supérieur à 1.
- un pic D présentant une largeur à mi-hauteur inférieur à 33 cm-1
- un pic 2D présentant une largeur à mi-hauteur inférieur à 55cm-1, préférentiellement inférieur à 50cm-1.
Raman spectroscopy confirms the presence of quality graphene with:
- a peak intensity ratio D / peak intensity G less than 1.5; and
- a 2D peak intensity / G intensity ratio greater than 1.
- a peak D with a width at mid-height less than 33 cm-1
- a 2D peak with a width at mid-height less than 55cm-1, preferably less than 50cm-1.

La spectroscopie Raman ( ) confirme la présence de graphène de qualité dans les 3 conditions. En effet, après soustraction du signal de l’eau. On peut voir les bandes caractéristiques d’une signature graphitique : la bande G (à 1580 cm-1), la bande 2D (2685 cm-1) et la bande D (1350 cm-1) pour le graphène.Raman spectroscopy ( ) confirms the presence of quality graphene in all 3 conditions. Indeed, after subtraction of the water signal. We can see the characteristic bands of a graphitic signature: the G band (at 1580 cm-1), the 2D band (2685 cm-1) and the D band (1350 cm-1) for graphene.

L’évaluation de la largeur de la bande 2D et des rapports de l’intensité des bandes 2D/G et D/G permettent de caractériser le nombre de couches de graphène et le niveau de désordre et de défauts au sein des feuillets.
The evaluation of the 2D band width and the ratios of the intensity of the 2D/G and D/G bands allow to characterize the number of graphene layers and the level of disorder and defects within the sheets.

Claims (27)

Dispersion liquide de graphène, caractérisée en ce qu’elle comprend entre 0,1 et 50 g/L de graphène et une viscosité absolue mesurée à 25°C à l’aide d’un rhéomètre comprise entre 5mPa.s et 100Pa.s.Liquid dispersion of graphene, characterized in that it comprises between 0.1 and 50 g/L of graphene and an absolute viscosity measured at 25°C using a rheometer of between 5mPa.s and 100Pa.s. Dispersion liquide de graphène selon la précédente revendication, caractérisée en ce que le graphène est sous forme de feuillets et en ce qu’au moins un feuillet présente une épaisseur inférieure à 10 couches atomiques.Liquid dispersion of graphene according to the preceding claim, characterized in that the graphene is in the form of sheets and in that at least one sheet has a thickness of less than 10 atomic layers. Dispersion liquide de graphène selon la précédente revendication, caractérisée en ce que qu’au moins un feuillet présente une épaisseur de feuillet inférieure à 5 couches atomiques.Liquid dispersion of graphene according to the preceding claim, characterized in that at least one sheet has a sheet thickness of less than 5 atomic layers. Dispersion liquide de graphène selon l’une revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que chaque feuillet présente une épaisseur inférieure à 10 couches atomiques, préférentiellement inférieure à 5 couches atomiques.Liquid graphene dispersion according to one of claims 2 or 3, characterized in that each sheet has a thickness of less than 10 atomic layers, preferably less than 5 atomic layers. Dispersion liquide de graphène selon l’une des précédentes revendications, caractérisée en ce qu’elle ne comprend pas d’agrégat.Liquid dispersion of graphene according to one of the preceding claims, characterized in that it does not comprise an aggregate. Dispersion liquide de graphène selon l’une des précédentes revendications, caractérisée en ce qu’elle comprend une matrice visqueuse aqueuse comprenant un mélange d’eau et d’au moins un agent de viscosité, l’agent de viscosité étant présent à une concentration comprise entre 0,1 et 30% en poids du poids total de la dispersion.Liquid graphene dispersion according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an aqueous viscous matrix comprising a mixture of water and at least one viscosity agent, the viscosity agent being present at a concentration of between 0.1 and 30% by weight of the total weight of the dispersion. Dispersion liquide de graphène selon la précédente revendication, caractérisée en ce que l’agent de viscosité est choisi parmi la famille des polymères acryliques, des polyéthers, des alginates, des argiles ou des dérivés de la cellulose.Liquid dispersion of graphene according to the preceding claim, characterized in that the viscosity agent is chosen from the family of acrylic polymers, polyethers, alginates, clays or cellulose derivatives. Dispersion liquide de graphène selon l’une des revendications1 à 5, caractérisée en ce qu’elle comprend une matrice visqueuse organique et au moins un agent de viscosité, l’agent de viscosité étant présent à une concentration d’au moins 10% en poids du poids total de la dispersion.Liquid graphene dispersion according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises an organic viscous matrix and at least one viscosity agent, the viscosity agent being present at a concentration of at least 10% by weight of the total weight of the dispersion. Dispersion liquide de graphène selon la précédente revendication, caractérisée en ce que l’agent de viscosité est choisi parmi la famille des époxy, des élastomères, des polyuréthanes, des polyéthylènes, des polypropylènes, des polyamides, des polyéthercétones, des particules inorganiques, métalliques et carbonées.Liquid dispersion of graphene according to the preceding claim, characterized in that the viscosity agent is chosen from the family of epoxies, elastomers, polyurethanes, polyethylenes, polypropylenes, polyamides, polyetherketones, inorganic, metallic and carbon particles. Dispersion liquide de graphène selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ce la dispersion présente un spectre d’absorption présentant un pic à 269nm.Liquid graphene dispersion according to one of claims 1 to 7, characterized in that the dispersion has an absorption spectrum exhibiting a peak at 269 nm. Dispersion liquide de graphène selon l’une des revendications 1 à 7 ou selon la revendication 10, caractérisée en ce qu’elle comprend 3 bandes vibrationnelles observées par spectrophotométrie RAMAN :
- 1350 cm-1 (pic D) ;
- 1580 cm-1 (pic G) ; et
- entre 2680 et 2700 cm-1 (pic 2D).
Liquid dispersion of graphene according to one of claims 1 to 7 or according to claim 10, characterized in that it comprises 3 vibrational bands observed by RAMAN spectrophotometry:
- 1350 cm-1 (peak D);
- 1580 cm-1 (peak G); and
- between 2680 and 2700 cm-1 (2D peak).
Dispersion liquide de graphène selon la précédente revendication, caractérisée en qu’elle présente :
- un ratio d’intensité pic D / intensité pic G inférieur à 1,5 ; et
- un ratio d’intensité pic 2D / intensité G supérieur à 1.
Liquid graphene dispersion according to the preceding claim, characterized in that it has:
- a peak intensity ratio D / peak intensity G less than 1.5; and
- a 2D peak intensity / G intensity ratio greater than 1.
Dispersion liquide de graphène selon l’une des revendications 11 ou 12, caractérisée en qu’elle comprend :
- un pic D présentant une largeur à mi-hauteur inférieur à 33 cm-1 ; et/ou
- un pic 2D présentant une largeur à mi-hauteur inférieur à 55cm-1.
Liquid graphene dispersion according to one of claims 11 or 12, characterized in that it comprises:
- a peak D with a width at mid-height of less than 33 cm-1; and/or
- a 2D peak with a width at half-height less than 55cm-1.
Dispersion liquide de graphène selon l’une des précédentes revendications, obtenue par un procédé comprenant la mise en œuvre des étapes suivante :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte formant une solution de graphènure ;
2) Oxydation de la solution de graphènure obtenue à l’étape 1) pour obtenir une dispersion organique de graphène ; et
3) Transfert de la dispersion organique de graphène obtenue à l’étape 2) dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène.
Liquid dispersion of graphene according to one of the preceding claims, obtained by a process comprising the implementation of the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere forming a graphene solution;
2) Oxidation of the graphene solution obtained in step 1) to obtain an organic graphene dispersion; and
3) Transfer of the organic graphene dispersion obtained in step 2) into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion.
Dispersion liquide de graphène selon la précédente revendication, caractérisée en ce que l’étape 1) de solubilisation réalisée sous atmosphère inerte du graphite du procédé comprend les étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ; et
b) Exfoliation chimique combinée à une exfoliation mécanique du composé d’intercalation du graphite, caractérisées en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé à un solvant dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1, de façon à obtenir une solution de graphènure.
Liquid dispersion of graphene according to the preceding claim, characterized in that step 1) of solubilization carried out under an inert atmosphere of the graphite of the process comprises the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal into graphite leading to a graphite intercalation compound; and
(b) Chemical exfoliation combined with mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound, characterized in that the graphite intercalation compound is mixed with a solvent in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate lower than 400s-1, so as to obtain a graphene solution.
Procédé d’obtention d’une dispersion liquide de graphène caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
1) Solubilisation de graphite réalisée sous atmosphère inerte formant une solution de graphènure ;
2) Oxydation de la solution de graphènure obtenue à l’étape 1) pour obtenir une dispersion organique de graphène ; et
3) Transfert de la dispersion organique de graphène obtenue à l’étape 2) dans une matrice visqueuse formant une dispersion liquide de graphène.
Process for obtaining a liquid dispersion of graphene characterized in that it comprises the following steps:
1) Solubilization of graphite carried out under an inert atmosphere forming a graphene solution;
2) Oxidation of the graphene solution obtained in step 1) to obtain an organic graphene dispersion; and
3) Transfer of the organic graphene dispersion obtained in step 2) into a viscous matrix forming a liquid graphene dispersion.
Procédé selon la précédente revendication, caractérisé en ce que la matrice visqueuse de l’étape 3) présente une viscosité absolue mesurée à 25°C à l’aide d’un rhéomètre comprise entre 5mPa.s et 100Pa.s.Method according to the preceding claim, characterized in that the viscous matrix of step 3) has an absolute viscosity measured at 25°C using a rheometer of between 5mPa.s and 100Pa.s. Procédé selon l’une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que la matrice visqueuse de l’étape 3) est choisi parmi une matrice visqueuse aqueuse ou une matrice visqueuse organique.Method according to one of claims 16 or 17, characterized in that the viscous matrix of step 3) is chosen from an aqueous viscous matrix or an organic viscous matrix. Procédé selon la précédente revendication, caractérisé en ce que la matrice visqueuse aqueuse comprend un mélange d’eau et d’au moins un agent de viscosité, ledit au moins un agent de viscosité étant choisi parmi la famille des polymères acryliques, des polyéthers, des alginates, des argiles, ou des dérivés de la cellulose.Method according to the preceding claim, characterized in that the aqueous viscous matrix comprises a mixture of water and at least one viscosity agent, said at least one viscosity agent being chosen from the family of acrylic polymers, polyethers, alginates, clays, or cellulose derivatives. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que la matrice visqueuse organique comprend un mélange de solvant organique et d’au moins un agent de viscosité, ledit au moins un agent de viscosité étant choisi parmi la famille des époxy, des élastomères, des polyuréthanes, des polyéthylènes, des polypropylènes, des polyamides, des polyéthercétones, des particules inorganiques, métalliques et carbonées.Method according to claim 19, characterized in that the organic viscous matrix comprises a mixture of organic solvent and at least one viscosity agent, said at least one viscosity agent being chosen from the family of epoxies, elastomers, polyurethanes, polyethylenes, polypropylenes, polyamides, polyetherketones, inorganic, metallic and carbon particles. Procédé selon l’une des revendications 16 à 20, caractérisé en ce que l’étape de solubilisation réalisée sous atmosphère inerte du graphite comprend les étapes suivantes :
a) Intercalation d’au moins un métal alcalin dans du graphite conduisant à un composé d’intercalation du graphite ; et
b) Exfoliation chimique combinée à une exfoliation mécanique du composé d’intercalation du graphite, caractérisées en ce que le composé d’intercalation du graphite est mélangé à un solvant dans un régime turbulent présentant :
- un nombre de Reynolds supérieur à 1000 ;
- un nombre de Froude inférieur à 1 ; et
- un taux de cisaillement inférieur à 400s-1, de façon à obtenir une solution de graphènure.
Method according to one of claims 16 to 20, characterized in that the solubilization step carried out under an inert atmosphere of the graphite comprises the following steps:
(a) Intercalation of at least one alkali metal into graphite leading to a graphite intercalation compound; and
(b) Chemical exfoliation combined with mechanical exfoliation of the graphite intercalation compound, characterized in that the graphite intercalation compound is mixed with a solvent in a turbulent regime having:
- a Reynolds number greater than 1000;
- a Froude number less than 1; and
- a shear rate lower than 400s-1, so as to obtain a graphene solution.
Procédé selon la précédente revendication, caractérisé en ce que l’exfoliation chimique de l’étape b) est réalisée en exposant le composé d’intercalation du graphite à un solvant polaire aprotique, ledit solvant polaire aprotique ayant une constante diélectrique comprise entre 5 et 200.Process according to the preceding claim, characterized in that the chemical exfoliation of step b) is carried out by exposing the graphite intercalation compound to an aprotic polar solvent, said aprotic polar solvent having a dielectric constant of between 5 and 200. Procédé selon précédente revendication, caractérisé en ce que le solvant polaire aprotique est choisi parmi le tétrahydrofurane (THF), le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), le 2-Méthyltétrahydrofurane (Me-THF) et le cyclopentylmethylether.Process according to the preceding claim, characterized in that the aprotic polar solvent is chosen from tetrahydrofuran (THF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), 2-methyltetrahydrofuran (Me-THF) and cyclopentylmethylether. Procédé selon l’une des revendications 21 à 23, caractérisé en ce que le composé d’intercalation du graphite se présente sous la forme d’un composé binaire de formule KC8.Method according to one of claims 21 to 23, characterized in that the graphite intercalation compound is in the form of a binary compound of formula KC8. Procédé selon l’une des revendications 21 à 24, caractérisé en ce que l’exfoliation chimique est réalisée avec un ratio composé d’intercalation du graphite / solvant polaire aprotique compris entre 1 et 50g/L.Method according to one of claims 21 to 24, characterized in that the chemical exfoliation is carried out with a graphite intercalation compound/aprotic polar solvent ratio of between 1 and 50g/L. Utilisation d’une dispersion liquide de graphène selon l’une des revendications 1 à 15 en tant qu’additif.Use of a liquid graphene dispersion according to one of claims 1 to 15 as an additive. Utilisation d’une dispersion liquide de graphène selon l’une des revendications 1 à 15 pour la fabrication de composants électronique ou microélectroniques, tels que des condensateurs ou les transistors.Use of a liquid graphene dispersion according to one of claims 1 to 15 for the manufacture of electronic or microelectronic components, such as capacitors or transistors.
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