[发明专利]一种简便、高效的石墨烯制备工艺

说明书

本发明公开了一种简便、高效的石墨烯制备工艺，属于石墨烯制备领域。一种简便、高效的石墨烯制备工艺，在石英管中通过两个松散的电极的输出端共同压紧碳源构成闪蒸装置，再将闪蒸装置放于低压容器内，使碳源进行脱气，且脱去的气体不外泄，然后将两个电极的输入端接入电容器组中，电容器组通过电源电压最高为400V的直流电源进行充电，通过S4中的电容器组的高压放电使碳源的温度高于3000K，在90‑100ms内，将碳源转化为涡轮形状闪蒸石墨烯，可以通过以闪蒸方式处理廉价碳源，可在不到一秒的时间内生成克规模量级的石墨烯，收率较高，且该方式不需要加热炉、溶剂或反应气体，制备较为简单。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备领域，更具体地说，涉及一种简便、高效的石墨烯制备工艺。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

现有的石墨烯制备通常采用自上而下剥离石墨片层，使用大量的溶剂，伴随高能混合、剪切、超声和电化学处理的方法，尽管通过化学氧化石墨的方法可以促进氧化石墨烯的剥离，但往往要求强氧化剂并在后续的还原过程中造成了石墨烯的缺陷多孔结构；使用化学气相沉积和先进有机合成方法可以自下而上的合成高质量石墨烯，但往往收率很低，批量的方案又会带来石墨烯更多的结构缺陷。

因此，我们设计了一种以闪蒸工艺处理廉价碳源（如煤炭、石油焦、生物质碳、炭黑、食物垃圾、废橡胶轮胎、塑料垃圾等），可以在不到一秒的时间内生成克规模量级的石墨烯。

该产品以生产工艺命名为闪蒸石墨烯，该产品在堆叠的石墨烯层之间显示出涡轮形状排列；闪蒸石墨烯工艺不需要加热炉，不需要溶剂或反应气体。产量取决于碳源的碳含量：当使用炭黑、无烟煤或煅烧过的焦炭等高碳源时，产量可达80%至90%，而碳纯度可达99%以上。且不需要净化步骤。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种简便、高效的石墨烯制备工艺，它可以通过以闪蒸方式处理廉价碳源，可在不到一秒的时间内生成克规模量级的石墨烯，收率较高，且该方式不需要加热炉、溶剂或反应气体，制备较为简单。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种简便、高效的石墨烯制备工艺，包括以下步骤：

S1、将碳源放于石英管内，同时在石英管内碳源的左右两侧分别放入一个电极，两个电极的输出端共同压紧碳源，两电极之间产生的电流流经碳源接触面及临近区域产生的电阻热将碳源加热到熔化或朔性状态；

S2、S1中将电极和碳源装入石英管共同构成闪蒸装置，闪蒸装置使碳源在较短时间内迅速脱去气体；

S3、将S2中的闪蒸装置放于低压容器内，使S2中脱去的气体不外泄；

S4、将S1中的两个电极的输入端接入电容器组中，电容器组通过电源电压最高为400V的直流电源进行充电；

S5、通过S4中的电容器组的高压放电使碳源的温度高于3000K，在90-100ms内，将碳源转化为涡轮形状闪蒸石墨烯。