[發明專利]一種沖擊波處理干冰制備石墨稀的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310612860.6
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103663439A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 陳鵬萬;尹昊;徐春曉;高鑫;周強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;李愛英

技術領域

本發明涉及一種沖擊波處理干冰制備石墨稀的方法及裝置，屬于材料處理領域。

背景技術

2004年由英國曼徹斯特大學的Novoselov等利用膠帶剝離高取向石墨的方法獲得，并發現石墨烯載流子的相對論粒子特性。石墨烯的發現宣告了真正意義上獨立存在的二維材料，與1985年發現的零維富勒烯(Fullerene)和1991年發現的一維碳納米管(carbon?nanotubes)，還有人們所熟知的sp³雜化的三維金剛石和sp²雜化的三維石墨，共同組成了一個碳系大家族，擴大了碳的同索異形體的范疇，也使人們對碳元素的多樣性有了更深刻的認識。石墨烯是碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的新型碳材料，就像是一張由碳原子織成的由正六邊形小孔構成的網，網的厚度只有0.335nm,僅為頭發的20萬分之一，是構建其他維數碳質材料(零維富勒烯、一維納米碳管、三維石墨)的基本單元，結構對稱而完美。

石墨稀在不到十年的時間內已充分展現了理論研究和實際應用方面的無窮魅力，迅速成為科學研究領域最為活躍的研究前沿。這種特殊的二維結構導致石墨烯展現出各種特殊的性能。石墨烯在復合材料、納米器件和儲氫材料等領域得到了廣泛的關注。過去十幾年，很多種方法成功合成了碳包裹金屬納米顆粒，主要包括電弧放電法、化學氣相沉淀法（CVD）、溶劑熱法、高溫熱解法等。但是這些方法都有其固有缺點，電弧法所用設備較為復雜和昂貴，工藝參數不易控制，耗能大，成本高，實現大規模生產面臨很大的挑戰。與電弧放電法相比，CVD法的成本較低，產量和產率都比較高，但是前期前體的制備工藝比較復雜，提純處理不方便。與其它方法相比較，沖擊法的最大優點是常量大、速度快、效率高、節省能源和經濟性。

近百年來全球的氣候正在逐漸變暖，與此同時，大氣中的溫室氣體的含量也在急劇增加。許多科學家都認為，溫室氣體的大量排放所造成的溫室效應的加劇是全球變暖的基本原因，其中最主要的溫室氣體是二氧化碳。人類燃燒煤、油、天然氣和樹木，產生大量二氧化碳進入大氣層后使地球升溫，使碳循環失衡，改變了地球生物圈的能量轉換形式。要阻止全球變暖，一方面應該降低二氧化碳的排放量；另一方面變廢為寶，將二氧化碳轉化為有用的碳材料，如金剛石、石墨稀等。干冰是二氧化碳的固體形態。沖擊波提供了一種途徑應對全球變暖問題，能夠將干冰轉化成有用的石墨稀。

發明內容

針對現有的石墨烯制備方法成本高、工藝復雜等問題，本發明的目的在于提供了一種沖擊波處理干冰制備石墨稀的方法及裝置，所述方法成本低，可工業化生產，適用于力學、電學、光學領域。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種沖擊波處理干冰制備石墨稀的方法，包括如下步驟：

步驟一、將干冰作為碳源，將干冰和還原劑按2:1-4:1的質量比均勻混合制成粉體原料，將粉體原料壓入含銅內襯的不銹鋼樣品盒壓成初坯，初坯致密度為60%-70%；

所述還原劑為氫化鈣、四氫鋁鋰或硼氫化鈉；

所述銅內襯的厚度為1—3mm；

所述不銹鋼樣品盒壁厚為2—3mm；

致密度=粉體原料的壓實密度/粉體本身的密度；

步驟二、用速度為2.58km/s-3.07km/s的飛片撞擊不銹鋼樣品盒誘發化學反應得到樣品，樣品清洗后得到石墨稀。

樣品清洗過程為：將樣品放入含有50ml濃硝酸的燒杯，將燒杯放在磁力攪拌器上攪拌加熱到80℃，攪拌24h溶去雜質得到黑色物質，并用去離子水反復洗滌至中性。將去離子水洗過后的樣品，放置在真空干燥箱中烘干得到石墨稀。

步驟二中用炸藥爆轟驅動的飛片撞擊不銹鋼樣品盒誘發化學反應。

步驟二所述炸藥可選為硝基甲烷液體。

一種沖擊波處理干冰制備石墨稀的方法所用裝置，包括：鋁質雷管套、塑料上頂蓋、PVC管、塑料下頂蓋、不銹鋼飛片、塑料定位環、不銹鋼樣品盒、銅墊片、銅內襯、不銹鋼芯柱、空腔、不銹鋼底座，其中：

不銹鋼樣品盒底設有銅內襯，銅內襯底部上方放粉體原料，粉體原料上方設有銅墊片，不銹鋼芯柱旋入不銹鋼樣品盒中頂住銅墊片，銅墊片與粉體原料緊密接觸，不銹鋼芯柱和不銹鋼樣品盒側面留有空腔，將不銹鋼樣品盒倒置裝入不銹鋼底座中的圓形槽中；

不銹鋼底座上方設有塑料定位環，塑料定位環上方設有不銹鋼飛片，不銹鋼飛片上方設有塑料下頂蓋，塑料下頂蓋上方設有PVC管，PVC管上方設有塑料上頂蓋，塑料上頂蓋中心設有圓孔，放入鋁質雷管套；鋁質雷管套底部裝傳爆藥，上方放雷管，雷管位于塑料上頂蓋上方中部；