[发明专利]一种高效剥离二维材料的方法及装置

说明书

本发明公开了一种高效剥离二维材料的方法及装置，方法包括如下步骤：（1）将二维层状材料投入分散液中，使得二维层状材料的表面被分散液充分润湿，且混合均匀得物料分散液，然后将物料分散液输入至循环储槽；（2）物料分散液从循环储槽下端的出口输出，通过管路进入用于剥离二维层状材料的N次旋转流混合器，然后从N次旋转流混合器出口流出，通过管路从循环储槽上端回流至循环储槽内完成一次循环，如此循环多次后得到层数10层以下的少层二维纳米材料。本发明可以实现快速、高效、低成本、大批量、高质量地生产各种二维层状纳米材料的效果。

技术领域

本发明涉及化学工程与技术领域，特别涉及一种高效剥离二维材料的方法及装置。

背景技术

一次旋转流是指料液在旋转过程中，其旋转方向始终保持不变。二次旋转流是指料液在旋转过程中，每旋转180度其旋转方向颠倒一次。二次旋转流是超重力技术的全新发展方向。二次旋转流的内部受到高频颠倒的超重力场和压力场之间强烈的相互作用而形成强劲的剪切力作用，尤其是在二次旋转流的初始阶段，由于正、负能量流的同时存在，形成了极其旺盛的并且非常均匀的剪切力作用，当超重力场水平高达1000 g至10000g（g为正常重力场加速度）以上时，其剪切强度不亚于超声波产生的剪切力强度。超声剥离二维层状材料的缺点主要表现在两个方面：第一，在超声波的中心位置处，超声波的强度非常高，可能会对二维材料的完美结构造成严重的损伤；第二，偏离中心位置后，超声波的场强迅速衰减，造成超声效率的显著降低以及超声波能量的快速耗散。在二次旋转流的初始阶段，其流通截面上剪切强度无论是沿轴向或径向都可以达到非常均匀的分布，因而使二次旋转流具有非常均匀的剥离强度和非常高的剥离效率。

所谓正、负能量流是指流体在流动过程中机械能正快速增加或减少，二者之间存在着相互吸引，相互依托和相互转化的关系。典型的正能量流是离心泵内的流体，其流动方式属于一次旋转流。一次旋转流的特征是旋转中心始终固定不动，离心力方向也固定不变，流体在离心泵内做一次旋转过程中机械能可以在很短时间内迅速达到最大值。由于流体是沿着轴向进入离心泵的中心位置，并沿着径向被离心泵高速向外甩出，因此，流体进入离心泵时机械能沿轴向迅速减小，属于负能量流；而当流体沿着离心泵的径向被向外甩出时，机械能沿径向快速增加，属于正能量流。由此看出，在离心泵内，正能量流的中心是负能量流，正能量流来源于负能量流，正、负能量流是完全分离的。

二次旋转流属于典型的负能量流，流体在旋转流动过程中，每转180度旋转方向颠倒一次，并导致离心力场和压力场的方向也颠倒变化一次；离心力场和压力场方向的变化可以最大程度地抵消掉旋转惯性。当含有很高机械能的流体进入二次旋转流道时，流体的机械能沿流动方向（即轴向）快速均匀地降低，属于负能量流。与此同步，在流通截面上产生二次流，二次流属于正能量流，当二次流达到惯性流动状态后，该正能量流消失。因此，在二次旋转流的初始阶段，正、负能量流同时产生并完全融为一体，正能量流可以充分吸收负能量流释放出的能量并形成高速旋转的迪恩涡，迪恩涡的形成是流体径向剪应力均匀分布的结果和外在表现。通过不断提高二次旋转流的超重力水平和颠倒频率，可以延长二次旋转流内正能量流的存在时间。总之，一次旋转流可以高效地生成高压流体，二次旋转流可以高效地将静压力转化为均匀分布的剪切应力消耗掉，二者可以共同构成一个高效的机械能循环系统。N次旋转流是指料液在旋转过程中，每旋转360度其旋转方向颠倒N次（N≥2），在旋转角速度相等的情况下， N越大料液颠倒频率越高，越难形成惯性旋转运动，能耗也会随之增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效剥离二维材料的方法，可以实现快速、高效、低成本、大批量、高质量地生产各种二维层状纳米材料的效果。

本发明还提供了一种高效剥离二维材料的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高效剥离二维材料的方法，包括如下步骤：