[发明专利]一种用于制备石墨烯的装置

说明书

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，具体涉及一种用于制备石墨烯的装置。

背景技术

    石墨烯的出现在全世界科学界引起了巨大反响，因其具有非同寻常的导电性能、极强的强度和韧性、良好的透光性，在现代新材料领域引发了一场强烈的研发热潮，虽然石墨烯发现时间很短，还处于研究阶段，但是其独特的物理结构和优异的力学、电学性能使其在纳米电子学、微电子学、复合材料以及储能材料等领域具有广泛的应用前景，成为科学界研究的前沿和热点，可望在纳米电子器件、电池、超级电容器、储氢材料、场发射材料以及超灵敏传感器等领域得到广泛的应用。

目前，石墨烯的制备方法有机械法、外延生长法、化学气相沉积法及氧化还原法。前三种方法因效率低或条件苛刻，或不成熟，未能在规模化生产领域中得到应用，氧化还原法虽可在工业上采用，但制备出来的石墨烯质量较差，废水量大，这也是该法较大的弱点，因此人们迫切希望能研制出一种环境友好、工艺简单、成本低、产品质量好的制备石墨烯的方法及装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种采用物理方法、科学合理、工艺简单、成本低、产品质量好、而且环境友好的用于制备石墨烯的装置。

本发明采用的技术方案是:

一种用于制备石墨烯的装置，具有高压釜，在高压釜的上端出料口安装夹持器，夹持器内安装有爆破片。

上述技术方案中，所述的高压釜的上端出料口安装夹持器其结构为：高压釜的上端出料口连接有法兰，法兰连接安装夹持器。

上述技术方案中，所述的高压釜上还安装有超临界流体进口、压力表接口和温度计接口，分别连接安装进料阀、压力表或压力显示器、温度计。

上述技术方案中，所述的高压釜外围安装有夹套，夹套上有热媒进口和热媒出口。

上述技术方案中，所述的热媒为导热油或蒸汽。

上述技术方案中，所述的爆破片外侧连通产品收集器。

上述技术方案中，所述的爆破片可选用正拱形、反拱形或平板形，市场有购。

上述技术方案中，所述的高压釜为通用设备，耐压5—10MPa或10MPa以上。

上述技术方案中，所述的高压釜置于振动器上。

高压釜的右部为出料口，当釜内超临界流体实现了石墨原料的渗透溶解之后，利用爆破片爆破，形成了瞬间毫秒级泄压，迫使超临界流体在石墨层间汽化，产生强大的推力，使石墨剥离成石墨烯。相比于现有的石墨烯制备装置，本发明结构简单，制备出石墨烯质量好，成本低。因超临界溶剂可回收，因此无三废排放，生产能力大小依赖于设备大小，可实现石墨烯的规模制备，是一种新的物理制备石墨烯的新装置。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为采用本发明装置制备的石墨烯产品透射电子显微镜图，其中插图为FFT图像；

图3为采用本发明装置制备的石墨烯产品透视电子显微镜图。

图中，1-爆破片，2-夹持器，3-法兰，4-高压釜出料口，5-夹套，6-高压釜，7-导热油出口（蒸汽为进口），8-导热油进口（蒸汽为出口），9-温度计接口，10-压力表接口，11-超临界流体进口。

上述图2中，由于铜网上碳膜的因素导致石墨烯的图像不是十分清晰，但插图中的FFT图像表明该石墨烯的层数很低(<5),且电子衍射图为标准的六边形，没有重影或杂点，说明石墨烯的结晶状态很好，缺陷很少，质量高；

上述图3中，可以清晰的观察到石墨烯的薄片形貌，尺度接近2微米；石墨烯表现出薄纱状的结构，其表面褶皱清晰可见，表面缺陷少，完整性较好，没有折叠的边缘颜色较浅，几乎不可见,这说明石墨烯片的厚度很薄。

具体实施方式

本发明的用于制备石墨烯的装置，如图1所示，包括高压釜6、高压釜出料口4，高压釜出料口4安装有夹持器2和爆破片1，爆破片安装在夹持器中间，高压釜左部安装有温度计接口9，用于安装温度计，高压釜左部安装有压力表接口10，用于安装压力表或压力显示器，高压釜左部还具有超临界流体进口11，高压釜外侧安装有夹套5，内通导热油或蒸汽，用于高压釜加热和保温。

使用时，将高压釜放置于振动器上，打开出料口的法兰3，放入一定量石墨，选择合适的爆破片，安装在夹持器中间，夹持器放于法兰中间，旋紧螺栓，使之密封。