[實(shí)用新型]一種超聲與電場(chǎng)協(xié)同作用快速剝離石墨烯的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201521138370.8
• 申請(qǐng)日: 2015-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN205328623U
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦云;馬慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 焦云;馬慶
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 侯靜

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種快速剝離石墨烯的裝置。

背景技術(shù)

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

Geim等人通過用膠帶黏住石墨片的兩側(cè)面進(jìn)行反復(fù)的粘撕使石墨片剝離而獲得石墨 烯。該工藝簡(jiǎn)單，制備出的石墨烯質(zhì)量較高，但是該方法制備出的石墨烯片層尺寸較小， 產(chǎn)量低，不適用于大規(guī)模生產(chǎn)，僅適用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)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(xué)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(fù)雜，浪費(fèi)了資源，增加生產(chǎn)成本，而且污染環(huán)境，因此如何實(shí)現(xiàn)石 墨烯的生長(zhǎng)基體無損轉(zhuǎn)移，使基體可循環(huán)使用是CVD法生產(chǎn)石墨烯亟待解決的難題。氧 化還原法將天然石墨與強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO)，經(jīng)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(tuán)，如羧基、環(huán)氧 基和羥基，得到石墨烯。氧化還原法能夠以相對(duì)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(chǎn)的石墨烯，由于在插層過程 中受到強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑的破壞，容易且不可避免地造成了石墨烯晶體結(jié)構(gòu)的大量缺陷，即 使被強(qiáng)還原劑還原劑后，石墨烯的原始結(jié)構(gòu)也不能完全恢復(fù)，而且非常容易發(fā)生不可逆轉(zhuǎn) 的團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致了石墨烯的比表面積和應(yīng)有的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高透光性等優(yōu)異性 能大打折扣，因而限制了石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域和精密微電子領(lǐng)域等的應(yīng)用。更重要的是，由 于強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)還原劑等的使用，在石墨烯制備過程中產(chǎn)生大量的廢液和廢氣，會(huì) 造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，這會(huì)給生產(chǎn)者帶來昂貴的環(huán)保成本。外延生長(zhǎng)法在高真空和高溫條 件下，加熱SiC單晶使硅原子蒸發(fā)，剩下的碳原子在SiC表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)的重新排列而獲得 石墨烯。外延生長(zhǎng)法制備出的石墨烯質(zhì)量較高，但是該方法的缺點(diǎn)是石墨烯的生產(chǎn)條件嚴(yán) 格，對(duì)設(shè)備要求較高，需要較高的真空度，增加了生產(chǎn)成本，產(chǎn)率較低。而且，以SiC 作為襯底時(shí)，石墨烯與SiC的相互作用會(huì)影響石墨烯的質(zhì)量。因此，外延生長(zhǎng)法不利于規(guī) 模化生產(chǎn)石墨烯。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)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(chǎng)協(xié)同作用快速剝離石墨烯的裝置。

一種超聲與電場(chǎng)協(xié)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(fù)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(fù)電極置于 容器中；所述超聲裝置1置于容器的底部。

本實(shí)用新型采用石墨塊或石墨板作為正負(fù)電極，正負(fù)電極放在電解質(zhì)溶液中，在正負(fù) 電極之間施加電壓并用電壓程序控制器進(jìn)行控制，同時(shí)在石墨電極之間插入超聲裝置，超 聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)加速石墨塊體的剝離效應(yīng)，在超聲與電場(chǎng)的協(xié)同作用，電解液中的插 層劑進(jìn)入石墨電極內(nèi)使石墨烯從石墨塊體的表面快速剝離，并進(jìn)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(shí)用新型超聲與電場(chǎng)協(xié)同作用快速剝離石墨烯的裝置，對(duì)設(shè)備要求低，裝置配置簡(jiǎn) 單，成本低，產(chǎn)率高，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型中超聲與電場(chǎng)協(xié)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(fù)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(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1所示，一種超聲與電場(chǎng)協(xié)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(fù)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(fù)電極2-2置于容器3中；所述超聲裝置1置于 容器3的底部。

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

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)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(shí)施方式一相同。