[实用新型]一种碳粉电磁感应加热制备石墨烯的高温炉

说明书

为了实现快速加热碳粉生成石墨烯，本实用新型提供一种碳粉电磁感应加热制备石墨烯的高温炉，包括电磁感应加热电源、真空箱、圆管形感应线圈和圆柱形炉体，圆柱形炉体包括绝缘耐火壁、石墨毡保温层和石墨内芯，碳粉放置在石墨毡保温层和石墨内芯之间被直接感应加热生成石墨烯。本实用新型的高温炉充分利用了电磁感应的集肤效应来直接加热碳粉，提供了一种将碳粉快速加热制备石墨烯方法。

技术领域

本实用新型属于制备纳米材料装置技术领域，具体涉及一种碳粉电磁感应加热制备石墨烯的高温炉。

背景技术

石墨烯是单层蜂窝状碳原子组成的二维纳米材料，是最薄、最轻、最强、最硬的材料，具有极佳的导电导热性能，被称为“材料之王”。当前石墨烯的大规模生产主要是石墨氧化还原工艺。鉴于工艺技术复杂、废液处理等问题，石墨烯的生产成本很高，市场上石墨烯粉体的价格居高不下，限制了石墨烯的大规模应用。

WO2020/051000公开了一种使用电力的焦耳热闪蒸法制备石墨烯，这种方法通过把炭黑、焦炭或无烟煤等碳粉放在石英管中，大电流通电不到1秒，温度高达2700℃左右，碳粉瞬间变为石墨烯。这种方法生产的石墨烯，电力成本只有2元/千克，因此具有很大的成本优势。同时，这种方法也表明，只要能把碳粉快速加热到2700℃左右，就可以把碳粉变成石墨烯。

与通电加热这种传统的电阻加热方式相比，电磁感应加热具有高效节能、加热速度快、加热温度高、容易实现自动控制、安全可靠、操作方便、设备体积小、环保等优点，被称为“绿色加热”，目前已经广泛应用于需要加热的各个生产和生活领域。但是，由于电磁感应加热受到被加热物体必须是导体和电磁感应集肤效应的限制，感应电流从被加热导体表面向内指数型衰减，导致加热主要集中在导体的表面层，大大限制了被加热导体的形状和尺寸。

目前，小型石墨化炉采用的加热技术主要是电磁感应加热，其结构从外到内为绝缘耐火壁、石墨毡保温层和石墨坩埚，被加热物体放在石墨坩埚中。加热时，电磁感应加热石墨坩埚，再由石墨坩埚间接加热其中的物体。这种间接加热方式的加热速度比较慢，需要几个小时才能加热到2700℃，再经过几个小时降到常温。使用这种石墨化炉加热碳粉，只能生成石墨而不是石墨烯。因此要实现电磁感应快速加热碳粉到2700℃生成石墨烯，必须设计不同于传统石墨化炉的新型电磁感应加热的高温炉。

发明内容

本实用新型的目的是实现电磁感应直接加热碳粉到2700℃生成石墨烯，提供一种碳粉电磁感应加热制备石墨烯的高温炉。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种碳粉电磁感应加热制备石墨烯的高温炉，包括电磁感应加热电源、真空箱、真空箱内的圆管形感应线圈和放置在线圈中的圆柱形炉体，其特征是：所述圆柱形炉体从外到内包括绝缘耐火壁、石墨毡保温层和石墨内芯，碳粉放置在石墨毡保温层和石墨内芯之间被直接感应加热生成石墨烯。

进一步地，所述碳粉是炭黑粉末、无烟煤粉末、焦炭粉末或木炭粉末。

进一步地，所述电磁感应加热电源是中频电源、高频电源或超高频电源。

进一步地，所述绝缘绝缘耐火壁由石英、莫来石耐火料、刚玉耐火料、氧化铝陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷或碳化硅陶瓷制成。

进一步地，所述石墨内芯是石墨圆棒或石墨圆管。

进一步地，所述石墨毡保温层和所述石墨内芯的间距为1-200毫米。

本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型的高温炉中，需要加热的碳粉在石墨内芯的外面，充分利用了电磁感应的集肤效应来直接加热碳粉，从而实现了将碳粉快速加热到2700℃生成石墨烯。而传统的石墨化炉通过石墨坩埚间接加热，加热速度太慢，只能生成石墨而不是石墨烯。