[实用新型]一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机

说明书

技术领域

本实用新型涉及石墨烯的机械法剥离制备领域，尤其是涉及一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机。

背景技术

石墨烯，是一种由sp²杂化的碳原子以六方形格子的形式成键，所形成的碳的二维平面单层结构，是碳的同素异形体。石墨烯在构建其他维数的碳材料的基本单元，当它以包裹、卷绕和堆砌的方式变化时，可以分别形成零维的富勒烯、一维的碳纳米管和三维的石墨。石墨烯具有良好的电学与光学性能、力学性能、热传导性能以及极高的电荷载流子的迁移率，同时还有着出色的机械强和柔韧性。石墨烯的这些性质，让它收到众多关注而迅速成为研究的热点。通过化学修饰的石墨烯及其衍生物更是具有特殊功能的材料，可用于晶体管、液晶装置、电化学生物传感器、超级电容器、燃料电池、太阳能电池等，应用前景极为广泛。

在过去的研究过程中，人们通常采用机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法等制备石墨烯，但是，上述这些方法，均存在各种各样的缺陷，无法用来大批量制备无缺陷的高品质石墨烯。例如，气相沉积法虽然可用于制备大面积石墨烯，但是其生产工艺复杂，制备条件苛刻，生产成本高且石墨烯薄膜的分离和转移工艺更是难度很大，所以这一方法仍有很大的局限性。另外氧化还原法虽然能够实现石墨烯的大规模工业化生产，但是得到的石墨烯存在组成和结构上的缺陷，大大的影响了石墨烯的各种性能，从而使得其在应用领域发展缓慢，所以，发展一种可以大量制备高性能石墨烯的新方法很重要。

其中，机械剥离法可以得到单层或只有几个原子层厚度的石墨烯片，是目前获取低成本高性能石墨烯的有效方法，虽然理论上能够制得无缺陷高品质的石墨烯，但所得石墨烯的产量却非常有限，由于在机械剥离中难以将达到要求的石墨烯及时分离出来,因此不但造成过研磨,而且能耗高,效率低。

2008年，Coleman研究组发现，在特定的溶剂中，通过超声波剥离可以直接制备高品质石墨烯，同时还通过各种方法证实了剥离液中主要存在有单层、少层石墨烯，该石墨烯不含氧化物，并且无结构缺陷。目前，通过球磨机、胶体磨机、气流磨机、均质机等机械剥离获得石墨烯，但得到的石墨烯厚度分布宽，质量不稳定。其中，采用砂磨机是一种在液相条件下研磨剥离制备石墨烯的较佳设备。然而由于不能选择性的剥离，因此在研磨腔内的石墨烯经过长时间剪切，晶体结受到损伤，致使制备效率一直较低。

发明内容

针对上述情况，本实用新型的目的是提供一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，通过在设置三层研磨筒，实现连续逐级剥离制备石墨烯；其中研磨筒分三层，层之间用由隔板隔开，隔板密布孔洞，石墨浆料可以自由穿过，而研磨介质不能穿过；每层设置转子。工作时，在每层由上到下分别装入不同细度和不同硬度的研磨介质进行研磨，随着石墨细化，石墨浆料上升到中层、上层、最后在上层导流槽连续排出，得到石墨烯浆体。该设备通过分级研磨石墨，使得制备效率大大提高，并保持了石墨烯完整的形貌和性能，且得到的石墨烯厚度分布窄，质量高。这种利用有机溶剂或者水制备石墨浆液，进行分层研磨制备高质量高产量的石墨烯，简单廉价，对石墨烯的产业化具有重要的推动作用。

本实用新型一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，具体方案为：

一种工业化分层研磨剥离制备石墨烯的砂磨机，其特征在于：主要由控制系统（1）、主传动系统（3）、进料系统（2）、分层研磨系统四个部分组成；其中，所述分层研磨系统设置上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）三层研磨筒，每层分设转子，所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）的层间由第一隔板（7）、第二隔板（8）分开，隔板上密布孔洞，其大小应能允许符合粒径要求的石墨通过，研磨介质不能通过；所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）内，研磨介质的粒径由上层到中层到下层递增；通过使石墨与有机溶剂或水混合制得石墨烯浆料，然后送入可分层研磨系统，经下研磨筒（6）、中研磨筒（5）、上研磨筒（4），由导流槽（9）导流排出；利用不同分层中不同细度和不同硬度的研磨介质进行研磨，随着石墨细化，石墨浆料上升到中层、上层、最后在上层导流槽连续排出，得到石墨烯产品。

优选的，所述分层研磨系统采用立式密闭型；所述上研磨筒（4）、中研磨筒（5）、下研磨筒（6）的有效容积均设定为80~180L；

优选的，所述主传动系统（3）的主电机功率为25~50kW。

优选的，所述研磨筒的层间隔板上应密布孔洞，其大小应能允许符合粒径要求的石墨通过，研磨介质不能通过。