本發(fā)明涉及合成石墨烯和其他材料的方法，和更特別地，涉及通過閃蒸焦耳加熱(fjh)來塊體合成亂層石墨烯和其他材料的方法。政府利益本發(fā)明在由美國國防部/空軍科學(xué)研究辦公室授予的授權(quán)號fa9550-14-1-0111下在政府支持下做出。美國政府享有本發(fā)明中的某些權(quán)利。

背景技術(shù)：

0、發(fā)明背景

1、大多數(shù)塊體(bulk)級別的石墨烯通過自上向下方案通過石墨剝離來生產(chǎn)，往往需要大量溶劑和高能混合、剪切、超聲處理或電化學(xué)處理[allen?2009；yi?2015；hernandez2008]。這提供ab堆疊的石墨烯，其中在石墨烯層之間存在高度對齊次序。雖然石墨化學(xué)氧化成氧化石墨烯促進(jìn)了剝離，但是它需要苛刻的氧化劑，并且在隨后的還原步驟時留下有缺陷的穿孔結(jié)構(gòu)的石墨烯[hernandez?2008；eda?2008]。如果通過化學(xué)氣相沉積或高級合成有機(jī)方法來進(jìn)行，則從下向上合成高品質(zhì)石墨烯往往局限于超小的量，或如果在本體溶液中進(jìn)行，則它提供充斥缺陷的結(jié)構(gòu)。eda?2008；li?2008]。因此，需要一種改進(jìn)的合成石墨烯和其他材料的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多廉價的碳源如煤、石油焦、生物炭、炭黑、丟棄的食品、橡膠輪胎和混合塑料廢料的閃蒸焦耳加熱(fjh)可以在小于1秒內(nèi)提供克級別的石墨烯。所述石墨烯稱作“閃蒸石墨烯”(“fg”)。所述方法不使用爐子并且不使用溶劑或反應(yīng)性氣體。收率取決于源的碳含量；如果使用高碳源，收率可以是80-90％，并且碳純度大于99％。通過拉曼分光分析，fg表現(xiàn)出低強(qiáng)度或不存在d帶，并且i2d/g達(dá)到大于10和有時候甚至是17，這使得fg是迄今所報告的最低缺陷石墨烯。通過拉曼分析觀察到fg是亂層的，這意味著在石墨烯層之間具有很少的次序，由此促進(jìn)它在復(fù)合材料形成期間通過混合而快速剝離；這樣的快速剝離不能由更常見的ab堆疊石墨烯來完成。fg的亂層性質(zhì)使得它有別于產(chǎn)生ab堆疊石墨烯的大多數(shù)其他形式的塊體石墨烯合成。fg是特別吸引人的，因?yàn)榭梢詫⒒旌纤芰蠌U料轉(zhuǎn)化成單組分石墨烯，而廢棄的食品廢料可以變成固定的碳fg而非垃圾填埋場中的二氧化碳和甲烷。fg合成的電能成本僅是約7.2kj·g-1。這使得fg適合用于塑料、金屬、漆、混凝土和其他建筑材料的塊體復(fù)合材料。它的亂層性質(zhì)促進(jìn)了fg在該寬范圍的復(fù)合材料和溶劑中的良好分散。

2、此外，2d材料可以通過橫跨各自前體施加電壓脈沖(即閃蒸焦耳加熱)來制備。本發(fā)明進(jìn)一步涵蓋一種以毫秒時間尺度合成不同種類的2d材料的方法，并且這種方法的成本是非常低的。與其他方法如化學(xué)氣相沉積(cvd)和水熱法相比，可以在短得多的時間段內(nèi)獲得更高的收率，并且無需在進(jìn)行過程中使用任何溶劑(這是明顯更經(jīng)濟(jì)的)。電壓脈沖方法是非常短的，這使得可以合成一些通過其他方法非常難以合成的亞穩(wěn)定形式的2d材料，例如1t’-mos2和黑磷。

3、通常，在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明特征在于一種方法，其包括通過橫跨基本上不是石墨烯的導(dǎo)電碳源施加電壓脈沖來合成石墨烯。

4、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

5、所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以大于10-5s/cm。

6、所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以大于10-3s/cm。

7、所述電壓脈沖的持續(xù)時間可以是1微秒至5秒。

8、所述電壓脈沖的持續(xù)時間可以是100毫秒至500毫秒。

9、所述電壓脈沖可以重復(fù)2次至100次。

10、所述電壓脈沖可以重復(fù)2次至10次。

11、橫跨所述樣品的電流可以是0.01a/cm2至10000a/cm2。

12、橫跨所述樣品的電流可以是0.1a/cm2至1000a/cm2。

13、橫跨所述樣品的電壓可以是10v/cm至4000v/cm。

14、橫跨所述樣品的電壓可以是100v/cm至400v/cm。

15、所述導(dǎo)電碳源可以選自無煙煤、經(jīng)較高溫度處理的生物炭、煅燒的石油焦、次石墨、碳納米管、瀝青質(zhì)、乙炔黑、炭黑及其混合物。

16、所述導(dǎo)電碳源可以包括導(dǎo)電碳源添加劑，該導(dǎo)電碳源添加劑使得導(dǎo)電碳源具有足夠的電導(dǎo)率以用于所述方法。

17、所述導(dǎo)電碳源添加劑可以選自無煙煤、經(jīng)較高溫度處理的生物炭、煅燒的石油焦、碳納米管、石墨烯量子點(diǎn)、乙炔黑、炭黑、次石墨、石墨烯或其混合物。所述導(dǎo)電碳源可以是較低電導(dǎo)率碳材料，選自糞便、塑料、乙烯基聚合物、縮聚物、逐步增長聚合物、鏈增長聚合物、活性聚合物、橡膠、腐殖酸、碳水化合物、米粉、食品廢料、食品、煤、有機(jī)廢料、有機(jī)材料、煙煤、焦炭、石油焦、石油(oil)、石油產(chǎn)品、從天然氣或石油或二氧化碳中脫出非碳原子后的碳、木材、纖維素、葉、枝、草、生物質(zhì)、動物尸體、魚尸體、蛋白質(zhì)及其混合物。所述導(dǎo)電碳源添加劑可以加入至所述較低電導(dǎo)率碳材料以使得所述較低電導(dǎo)率源具有足夠的電導(dǎo)率以用于所述方法。

18、在所述方法之前，所述導(dǎo)電碳源可以包括小于50％的石墨烯。

19、在所述方法之前，所述導(dǎo)電碳源可以基本上不包括可分光法檢測出的石墨烯。

20、所述方法的產(chǎn)品收率可以包括至少70％石墨烯。

21、所述產(chǎn)品收率可以是至少90％石墨烯。

22、所述產(chǎn)品收率可以是100％石墨烯。

23、所合成的石墨烯可以是亂層石墨烯。

24、所述導(dǎo)電碳源可以包括電導(dǎo)率是至多10-7s/cm的碳源。所述導(dǎo)電碳源可以進(jìn)一步包括與所述碳源互混的導(dǎo)電碳源添加劑。所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以是至少10-5s/cm。

25、所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以是至少10-3s/cm。

26、所述導(dǎo)電碳源添加劑可以選自炭黑、金屬粉末及其組合。

27、所述方法可以是連續(xù)方法。

28、所述方法可以是自動化方法。

29、所述導(dǎo)電碳源可以包括炭黑和橡膠。

30、所述導(dǎo)電碳源可以包括1wt％至10wt％的炭黑。

31、所述導(dǎo)電碳源可以包括4wt％至6wt％的炭黑。

32、所述施加電壓脈沖的步驟可以使用dc電壓。

33、所述施加電壓脈沖的步驟可以使用ac電壓。

34、所述電壓脈沖可以使用電源施加，該電源使用三相電功率。

35、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種方法，其包括通過橫跨基本上不是石墨烯的導(dǎo)電碳源施加電壓脈沖來合成石墨烯。當(dāng)橫跨導(dǎo)電碳源施加電壓脈沖時，存在雜原子以提供摻雜的或含雜原子的石墨烯產(chǎn)品。

36、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括下面的一個或多個特征：

37、所述雜原子可以選自氮、磷、硼及其混合物。

38、所述雜原子可以選自金屬、半金屬及其混合物。

39、所述雜原子源可以選自三聚氰胺、氨基硼烷、三聚氰胺-甲醛樹脂、膦、磷酸鹽、金屬鹽、金屬氧化物及其混合物。

40、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明特征在于一種設(shè)備，其包括碳原料。所述碳原料包括基本上不是石墨烯的導(dǎo)電碳源。所述設(shè)備進(jìn)一步包括非導(dǎo)電性容器，其可操作以用于約束所述導(dǎo)電碳源。所述設(shè)備進(jìn)一步包括電極，其可操作以用于在所述非導(dǎo)電性容器內(nèi)橫跨所述導(dǎo)電碳源施加電壓脈沖，以合成石墨烯。

41、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

42、所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括管道，通過所述管道可以將所述導(dǎo)電碳源輸送到所述非導(dǎo)電性容器。

43、所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括腔室，當(dāng)所述電極施加電壓脈沖時，所述非導(dǎo)電性容器可以位于所述腔室內(nèi)。

44、所述非導(dǎo)電性容器可以包括石英或陶瓷材料。

45、所述非導(dǎo)電性容器可以包括石英管。

46、所述設(shè)備可以包括多個所述非導(dǎo)電性容器。所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括帶或螺桿和收集箱。在所述導(dǎo)電碳源填充在所述非導(dǎo)電性容器中后，所述帶或螺桿可以可操作以用于將多個所述非導(dǎo)電性容器中的容器輸送到所述腔室中。所述帶或螺桿可以進(jìn)一步可操作以用于將所述非導(dǎo)電性容器輸送離開所述腔室到所合成的石墨烯可以收集在收集箱中的位置。

47、所述設(shè)備可以包括可操作以用于施加電壓脈沖的多個電容器。

48、所述設(shè)備可以包括可操作以用于控制所述電壓脈沖的施加的控制器和機(jī)械繼電器。

49、所述設(shè)備可以包括可操作地連接到控制器和機(jī)械繼電器上的電感器和二極管。

50、所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括切斷開關(guān)。

51、所述導(dǎo)電碳源可以包括電導(dǎo)率是至少10-5s/cm的碳源。

52、所述碳源的電導(dǎo)率可以是至少10-3s/cm。

53、所述導(dǎo)電碳源可以包括碳源和導(dǎo)電碳源添加劑。

54、所述導(dǎo)電碳源可以是碳粉。

55、所述碳源的電導(dǎo)率可以是至少至多10-6s/cm。所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以是至少10-5s/cm。

56、所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以是至少10-3s/cm。

57、所述設(shè)備可以可操作以用于進(jìn)行由所述導(dǎo)電碳源合成石墨烯的連續(xù)方法。

58、所述設(shè)備可以可操作以用于進(jìn)行由所述導(dǎo)電碳源合成石墨烯的自動化方法。

59、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明特征在于一種系統(tǒng)，其包括上述的設(shè)備。

60、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

61、所述設(shè)備可以可操作地連接到dc電壓源。

62、所述設(shè)備可以可操作地連接到ac電壓源。

63、所述設(shè)備可以可操作地連接到使用三相電功率的電源。

64、所述電源可以使用三相電功率，隨后是全波整流。

65、所述電源可以使用過零繼電器來控制電壓脈沖的持續(xù)時間。

66、所述電源可以進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)控制。該計(jì)算機(jī)控制可以可操作以基于允許通過所述過零繼電器的半周期的數(shù)目來選擇電壓脈沖的持續(xù)時間。

67、所述電源可以可操作以使用120、208、277、480伏ac(rms)均方根三相中的之一。

68、所述電源可以包括可操作以提供ac功率的三相發(fā)電機(jī)。

69、所述三相發(fā)電機(jī)可以機(jī)械聯(lián)接到ac電機(jī)。

70、所述三相發(fā)電機(jī)可以包括轉(zhuǎn)子。所述三相發(fā)電機(jī)可以可操作以通過由于轉(zhuǎn)子的慣性而將機(jī)械功率快速轉(zhuǎn)化成電流來提供ac功率。

71、所述三相發(fā)電機(jī)可以包括飛輪。所述三相發(fā)電機(jī)可以可操作以使用飛輪提供ac功率，以便提供更長的持續(xù)時間和穩(wěn)定的電壓和電流輸出。

72、所述設(shè)備可以包括可操作以用于施加電壓脈沖的多個電容器。所述設(shè)備可以包括可操作以用于控制所述電壓脈沖的施加的控制器和機(jī)械繼電器。

73、所述設(shè)備可以包括操作地連接到控制器和機(jī)械繼電器上的電感器和二極管。

74、所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括切斷開關(guān)。

75、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明特征在于一種形成2d材料的方法。該方法包括選擇包括前體的前體材料。該方法進(jìn)一步包括橫跨所述材料施加電壓脈沖以形成2d材料。

76、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

77、所述前體的電導(dǎo)率可以大于10-6s/cm。

78、所述前體可以包括金屬源。

79、所述金屬源可以選自鐵粉、鉬粉、鎢金屬和銅金屬。

80、所述前體可以包括非金屬源。

81、所述非金屬源可以選自炭黑、煅燒的石油焦。

82、所述前體的電導(dǎo)率可以小于10-6s/cm。所述前體材料可以進(jìn)一步包括導(dǎo)電源。所述前體材料的電導(dǎo)率可以大于10-5s/cm。

83、所述前體的電導(dǎo)率可以小于10-7s/cm。

84、所述前體可以選自二硫化鉬(mos2)、四硫代鉬酸銨((nh4)2mos4)、硼烷氨絡(luò)合物(bh3nh3)、紅磷及其組合。

85、所述導(dǎo)電源可以選自碳材料、金屬粉末及其組合。

86、所述前體可以選自二硫化鉬(mos2)、四硫代鉬酸銨((nh4)2mos4)、硼烷氨絡(luò)合物(bh3nh3)、紅磷及其組合。

87、所述前體可以包括二硫化鉬(mos2)或四硫代鉬酸銨((nh4)2mos4)。

88、所述2d材料可以包括1t’-mos2和2h-mos2。

89、所述前體可以包括硼烷氨絡(luò)合物(bh3nh3)。

90、所述2d材料可以包括六方氮化硼(h-bn)。

91、所述前體可以包括紅磷。

92、所述2d材料可以包括黑磷。

93、所述橫跨所述材料施加電壓脈沖以形成2d材料的步驟可以包括橫跨所述材料施加電壓脈沖的數(shù)目。所述電壓脈沖的數(shù)目可以是1個脈沖至100個脈沖。所述橫跨所述材料施加電壓脈沖以形成2d材料的步驟可以包括每個電壓脈沖的持續(xù)時長是1微秒至5秒。所述橫跨所述材料施加電壓脈沖以形成2d材料的步驟可以包括每個電壓脈沖的電流是0.01a/cm2至10000a/cm2。所述橫跨所述材料施加電壓脈沖以形成2d材料的步驟可以包括每個電壓脈沖的電壓是10v至4000v。

94、所述電壓脈沖的數(shù)目可以是1個脈沖至10個脈沖。每個電壓脈沖的持續(xù)時長可以是10微秒至1000毫秒。每個電壓脈沖的電流可以是0.1a/cm2至1000a/cm2。每個電壓脈沖的電壓可以是100v至400v。

95、所述施加電壓脈沖的步驟可以使用dc電壓。

96、所述施加電壓脈沖的步驟可以使用ac電壓。

97、所述電壓脈沖可以使用電源施加，所述電源使用三相電功率。

98、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明特征在于一種設(shè)備，其包括：包括前體的前體材料。所述設(shè)備進(jìn)一步包括可操作以用于約束所述前體材料的非導(dǎo)電性容器。所述設(shè)備進(jìn)一步包括電極，其可操作以用于在所述非導(dǎo)電性容器內(nèi)橫跨所述前體材料施加電壓脈沖，以制備2d材料。

99、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

100、所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括管道，通過所述管道所述前體可以輸送到所述非導(dǎo)電性容器。

101、所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括腔室，當(dāng)所述電極施加電壓脈沖時，所述非導(dǎo)電性容器可以位于所述腔室中。

102、所述非導(dǎo)電性容器可以包括石英或陶瓷材料。

103、所述設(shè)備可以包括多個所述非導(dǎo)電性容器。所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括帶或螺桿和收集箱。在所述前體材料填充在所述非導(dǎo)電性容器中之后，所述帶或螺桿可以可操作以用于將多個所述非導(dǎo)電性容器中的非導(dǎo)電性容器輸送到所述腔室中。所述帶或螺桿可以進(jìn)一步可操作以用于將所述非導(dǎo)電性容器輸送離開所述腔室到所制備的2d材料可以收集在收集箱中的位置。

104、所述設(shè)備可以包括可操作以用于施加電壓脈沖的多個電容器。

105、所述設(shè)備可以包括可操作以用于控制電壓脈沖的施加的控制器和機(jī)械繼電器。

106、所述設(shè)備可以包括操作地連接到控制器和機(jī)械繼電器上的電感器和二極管。

107、所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括切斷開關(guān)。

108、所述前體的電導(dǎo)率可以是至少10-5s/cm。

109、所述前體的電導(dǎo)率可以是至少10-3s/cm。

110、所述前體材料可以進(jìn)一步包括導(dǎo)電源。

111、所述前體的電導(dǎo)率可以是至少至多10-6s/cm。所述導(dǎo)電源的電導(dǎo)率可以是至少10-5s/cm。

112、所述前體材料的電導(dǎo)率可以是至少10-3s/cm。

113、所述設(shè)備可以可操作以用于進(jìn)行由所述前體材料產(chǎn)生2d材料的連續(xù)方法。

114、所述設(shè)備可以可操作以用于進(jìn)行由所述前體材料產(chǎn)生2d材料的自動化方法。

115、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種系統(tǒng)，其包括上述設(shè)備。

116、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

117、所述設(shè)備可以可操作地連接到dc電壓源。

118、所述設(shè)備可以可操作地連接到ac電壓源。

119、所述設(shè)備可以可操作地連接到使用三相電功率的電源。

120、所述電源可以使用三相電功率，隨后是全波整流。

121、所述電源可以使用過零繼電器來控制電壓脈沖的持續(xù)時間。

122、所述電源可以進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)控制。計(jì)算機(jī)控制可以可操作以基于允許通過所述過零繼電器的半周期的數(shù)目來選擇電壓脈沖的持續(xù)時間。

123、所述電源可以可操作以使用120、208、277、480伏ac(rms)均方根三相中的之一。

124、所述電源可以包括三相發(fā)電機(jī)，其可操作以提供ac功率。

125、所述三相發(fā)電機(jī)可以機(jī)械聯(lián)接到ac電機(jī)上。

126、所述三相發(fā)電機(jī)可以包括轉(zhuǎn)子。該三相發(fā)電機(jī)可以可操作以通過由于轉(zhuǎn)子的惰性而將機(jī)械功率快速轉(zhuǎn)化成電流來提供ac功率。

127、所述三相發(fā)電機(jī)可以包括飛輪。所述三相發(fā)電機(jī)可以可操作以使用飛輪提供ac功率，以便提供更長的持續(xù)時間和穩(wěn)定的電壓和電流輸出。

128、所述設(shè)備可以包括可操作以用于施加電壓脈沖的多個電容器。所述設(shè)備可以包括可操作以用于控制電壓脈沖的施加的控制器和機(jī)械繼電器。

129、所述設(shè)備可以包括操作地連接到控制器和機(jī)械繼電器上的電感器和二極管。

130、所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括切斷開關(guān)。

131、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種方法，其包括合成大批量的亂層石墨烯。

132、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

133、所述方法可以包括閃蒸石墨烯工藝以由碳基材料制造亂層石墨烯。

134、所述亂層石墨烯可以是低缺陷亂層石墨烯。

135、所述方法可以進(jìn)一步包括利用所述亂層石墨烯制造復(fù)合材料。

136、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種方法，其包括通過橫跨基本上不是石墨烯的導(dǎo)電碳源施加電壓脈沖來合成亂層石墨烯。

137、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

138、所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以大于10-5s/cm。

139、所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以大于10-3s/cm。

140、所述電壓脈沖的持續(xù)時間可以是1微秒至5秒。

141、所述電壓脈沖的持續(xù)時間可以是100毫秒至500毫秒。

142、所述電壓脈沖可以重復(fù)2次至100次。

143、所述電壓脈沖可以重復(fù)2次至10次。

144、橫跨所述樣品的電流可以是0.01a/cm2至10000a/cm2。

145、橫跨所述樣品的電流可以是0.1a/cm2至1000a/cm2。

146、橫跨所述樣品的電壓可以是10v/cm至4000v/cm。

147、橫跨所述樣品的電壓可以是100v/cm至400v/cm。

148、所述導(dǎo)電碳源可以選自無煙煤、經(jīng)較高溫度處理的生物炭、煅燒的石油焦、次石墨、碳納米管、瀝青質(zhì)、乙炔黑、炭黑及其混合物。

149、所述導(dǎo)電碳源可以包括導(dǎo)電碳源添加劑，其使得所述導(dǎo)電碳源具有足夠的電導(dǎo)率以用于所述方法。

150、所述導(dǎo)電碳源添加劑可以選自無煙煤、經(jīng)較高溫度處理的生物炭、煅燒的石油焦、碳納米管、石墨烯量子點(diǎn)、乙炔黑、炭黑、次石墨、石墨烯或其混合物。所述導(dǎo)電碳源可以是較低電導(dǎo)率碳材料，選自糞便、塑料、乙烯基聚合物、縮聚物、逐步增長聚合物、鏈增長聚合物、活性聚合物、橡膠、腐殖酸、碳水化合物、米粉、食品廢料、食品、煤、有機(jī)廢料、有機(jī)材料、煙煤、焦炭、石油焦、石油、石油產(chǎn)品、從天然氣或石油或二氧化碳中脫出非碳原子后的碳、木材、纖維素、葉、枝、草、生物質(zhì)、動物尸體、魚尸體、蛋白質(zhì)及其混合物。所述導(dǎo)電碳源添加劑可以加入至所述較低電導(dǎo)率碳材料以使得該較低電導(dǎo)率源具有足夠的電導(dǎo)率以用于所述方法。

151、所述導(dǎo)電碳源可以包括電導(dǎo)率至多10-7s/cm的碳源。所述導(dǎo)電碳源可以進(jìn)一步包括與所述碳源互混的導(dǎo)電碳源添加劑。所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以是至少10-5s/cm。

152、所述導(dǎo)電碳源的電導(dǎo)率可以是至少10-3s/cm。

153、所述導(dǎo)電碳源添加劑可以選自炭黑、金屬粉末及其組合。

154、所述方法可以是連續(xù)方法。

155、所述方法可以是自動化方法。

156、所述方法可以合成至少1g的塊體石墨烯材料。所述亂層石墨烯可以是所述塊體石墨烯材料的至少90wt％。

157、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種塊體石墨烯材料。大部分的該塊體石墨烯材料是亂層石墨烯。該塊體石墨烯材料的重量是至少1g。

158、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

159、至少90wt％的所述石墨烯可以是亂層石墨烯。

160、所述塊體石墨烯材料可以由主要包括固體碳源的碳源材料合成。該固體碳源是固態(tài)的碳源。

161、所述固體碳源可以占所述碳源材料的至少90wt％。

162、所述塊體石墨烯材料可以由主要包括液體碳源的碳源材料合成。該液體碳源是液態(tài)的碳源。

163、所述液體碳源可以占所述碳源材料的至少90wt％。

164、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種復(fù)合材料，其包括亂層石墨烯和第二材料。

165、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

166、所述第二材料可以選自混凝土、水泥、塑料、漆、涂料、泡沫、聚氨酯泡沫、地板材料、屋頂材料、木材、膠合板、鋁、鋼、銅、金屬、瀝青、金屬氧化物、碳-碳復(fù)合材料、纖維、膜及其組合。

167、所述復(fù)合材料可以包括0.001wt％至10wt％的所述亂層石墨烯。

168、所述復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度可以大于沒有所述亂層石墨烯的第二材料的拉伸強(qiáng)度。

169、所述復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度可以比沒有所述亂層石墨烯的第二材料的拉伸強(qiáng)度大至少10％。

170、所述復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度大于沒有所述亂層石墨烯的第二材料的抗壓強(qiáng)度。

171、所述復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度可以比沒有所述亂層石墨烯的第二材料的抗壓強(qiáng)度大至少10％。

172、所述復(fù)合材料的楊氏模量可以基本上不同于沒有所述亂層石墨烯的第二材料的楊氏模量。

173、所述復(fù)合材料的楊氏模量可以與沒有所述亂層石墨烯的第二材料的楊氏模量相差至少10％。

174、所述復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度可以大于沒有所述亂層石墨烯的第二材料的屈服強(qiáng)度。

175、所述復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度可以比沒有所述亂層石墨烯的第二材料的屈服強(qiáng)度大至少10％。

176、所述復(fù)合材料的電導(dǎo)率可以大于沒有所述亂層石墨烯的第二材料的電導(dǎo)率。

177、所述復(fù)合材料的電導(dǎo)率可以比沒有所述亂層石墨烯的第二材料的電導(dǎo)率大至少10西門子/厘米。

178、所述復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可以大于沒有所述亂層石墨烯的第二材料的熱導(dǎo)率。

179、所述復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可以比沒有所述亂層石墨烯的第二材料的熱導(dǎo)率高至少1瓦/米-開爾文。

180、所述第二材料可以是液體材料。

181、所述液體材料可以選自冷卻液、傳動液、潤滑劑、油及其組合。

182、所述液體材料可以選自鉆井液和壓裂液。

183、所述亂層石墨烯可以是用于液體材料的流體損失防止添加劑。

184、所述復(fù)合材料的粘度可以比沒有所述亂層石墨烯的液體材料的粘度大至少1毫帕-秒。

185、所述第二材料可以是干潤滑劑。

186、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種干潤滑劑，其包括亂層石墨烯。

187、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

188、所述干潤滑劑可以是所述亂層石墨烯。

189、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種低缺陷亂層石墨烯的組合物。

190、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

191、所述亂層石墨烯包括多個石墨烯片。所述石墨烯片主要包括sp2雜化碳原子。

192、所述石墨烯片可以包括至少70原子％的sp2雜化碳原子。

193、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種方法，其包括亂層石墨烯的化學(xué)共價官能化。官能化原子選自氧、碳、金屬、硫、磷、非金屬、類金屬及其組合。

194、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種方法，其包括通過以下的一種或多種物質(zhì)來進(jìn)行亂層石墨烯的化學(xué)非共價官能化：表面活性劑、dna、蛋白質(zhì)、聚合物、芳族化合物、小有機(jī)分子、氣體、地下水污染物、生物細(xì)胞、微生物、多氯聯(lián)苯、高氯酸鹽和硼酸鹽。

195、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種方法，其包括選擇包括亂層石墨烯的材料。所述方法進(jìn)一步包括使用所述材料作為結(jié)垢抑制劑或作為腐蝕抑制劑。

196、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

197、所述材料可以是所述亂層石墨烯。

198、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種傳感器器件，其包括亂層石墨烯。該亂層石墨烯可以在所述傳感器器件中可操作以基于分析物的吸附而改變電性能。

199、本發(fā)明的實(shí)施方案可以包括一個或多個以下的特征：

200、所述電性能可以選自遷移率、電阻、電導(dǎo)及其組合。

201、所述分析物可以選自氣體、生物試劑、神經(jīng)試劑及其組合。

202、通常，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的特征在于一種器件，其包括亂層石墨烯。所述器件選自光學(xué)器件、光電子器件以及可操作以用于電子或光子的場致發(fā)射的器件。