[實用新型]一種超聲與電場協同作用快速剝離石墨烯的裝置

有效

• 申請號: 201521138355.3
• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN205328622U
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 焦云;馬慶
• 申請（專利權）人: 焦云;馬慶
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本實用新型涉及一種快速剝離石墨烯的裝置。

背景技術

石墨烯具有優異的力學性能、導熱性能、導電性能和光學性能，除此之外，石墨烯還 具有優異的磁學性能、超高的比表面積(理論值達2630m²/g)和吸附性能等。

Geim等人通過用膠帶黏住石墨片的兩側面進行反復的粘撕使石墨片剝離而獲得石墨 烯。該工藝簡單，制備出的石墨烯質量較高，但是該方法制備出的石墨烯片層尺寸較小， 產量低，不適用于大規模生產，僅適用于基礎實驗研究。CVD法是將金屬基體放置于碳 氫化合物氣體的氛圍中加熱，高溫裂解生成碳原子，并沉積在金屬基體上形成石墨烯，最 后通過化學腐蝕去除金屬基體得到石墨烯片，CVD法一般采用“腐蝕基體法”來獲得石 墨烯，不僅制備工藝復雜，浪費了資源，增加生產成本，而且污染環境，因此如何實現石 墨烯的生長基體無損轉移，使基體可循環使用是CVD法生產石墨烯亟待解決的難題。氧 化還原法將天然石墨與強酸和強氧化性物質反應生成氧化石墨(GO)，經過超聲分散制備 成氧化石墨烯(單層氧化石墨)，加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團，如羧基、環氧 基和羥基，得到石墨烯。氧化還原法能夠以相對較低的成本制備出大量的石墨烯，目前成 為制備石墨烯的效率最高的方法。但是，采用氧化還原法生產的石墨烯，由于在插層過程 中受到強酸和強氧化劑的破壞，容易且不可避免地造成了石墨烯晶體結構的大量缺陷，即 使被強還原劑還原劑后，石墨烯的原始結構也不能完全恢復，而且非常容易發生不可逆轉 的團聚現象，導致了石墨烯的比表面積和應有的高導電性、高導熱性、高透光性等優異性 能大打折扣，因而限制了石墨烯在儲能領域和精密微電子領域等的應用。更重要的是，由 于強酸和強氧化劑、強還原劑等的使用，在石墨烯制備過程中產生大量的廢液和廢氣，會 造成嚴重的環境污染，這會給生產者帶來昂貴的環保成本。外延生長法在高真空和高溫條 件下，加熱SiC單晶使硅原子蒸發，剩下的碳原子在SiC表面進行結構的重新排列而獲得 石墨烯。外延生長法制備出的石墨烯質量較高，但是該方法的缺點是石墨烯的生產條件嚴 格，對設備要求較高，需要較高的真空度，增加了生產成本，產率較低。而且，以SiC 作為襯底時，石墨烯與SiC的相互作用會影響石墨烯的質量。因此，外延生長法不利于規 ?；a石墨烯。

發明內容

本實用新型是要解決上述制備石墨烯的方法存在各種缺陷的問題，而提供的一種超聲 與電場協同作用快速剝離石墨烯的裝置。

一種超聲與電場協同作用快速剝離石墨烯的裝置，它包括超聲裝置、石墨正電極、石 墨負電極和容器；所述容器中裝滿電解液；所述超聲裝置、石墨正電極和石墨負電極置于 容器中；所述超聲裝置置于石墨正電極和石墨負電極的中間位置。

本實用新型采用高純石墨塊作為正負電極，正負電極放在電解質溶液中，在正負電極 之間施加電壓并用電壓程序控制器進行控制，同時在石墨電極之間插入超聲裝置，超聲波 產生的空化效應加速石墨塊體的剝離效應，在超聲與電場的協同作用，電解液中的插層劑 進入石墨電極內使石墨烯從石墨塊體的表面快速剝離，并進一步破碎分離從電極中剝離的 石墨烯。收集石墨烯粉后過濾、洗滌和冷凍干燥得到薄層石墨烯，并且石墨烯的均勻性及 分散性良好。

本實用新型超聲與電場協同作用快速剝離石墨烯的裝置，對設備要求低，裝置配置簡 單，成本低，產率高，便于產業化生產。

附圖說明

圖1為本實用新型中超聲與電場協同作用快速剝離石墨烯的裝置的示意圖，其中1 表示超聲裝置、2-1表示石墨正電極、2-2表示石墨負電極、3表示容器、4表示水槽、5 表示電壓程序控制器。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1所示，一種超聲與電場協同作用快速剝離石墨烯的裝置， 它包括超聲裝置1、石墨正電極2-1、石墨負電極2-2和容器3；所述容器3中裝滿電解液； 所述超聲裝置1、石墨正電極2-1和石墨負電極2-2置于容器3中；所述超聲裝置1置于 石墨正電極2-1和石墨負電極2-2的中間位置。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述容器3為有機玻璃容 器。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述容器3置于水槽4 中，且水槽4中裝滿冷卻水。其它與具體實施方式一相同。