[發明專利]生產石墨烯的高溫高壓爆裂法及設備

在審

• 申請號: 201610049559.2
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105752964A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 肖榮閣
• 申請（專利權）人: 肖榮閣
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 江娟

技術領域

本發明涉及石墨烯生產領域，尤其是涉及生產石墨烯的高溫高壓爆裂法以及生產設備。

背景技術

石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的貓。

石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。

另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。

作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命，但是批量生產優質石墨烯是這項新材料商業開發應用的瓶頸。

現有石墨烯的生產方法在工業上主要使用酸浸發，將酸浸入石墨的分子層之間，之后將其洗出，制得石墨烯，但是此種方法中，酸不易洗凈，為此造成后續步驟中，石墨烯間留有雜質，影響后續生產使用；

在實驗室中石墨烯是通過膠帶粘紙而成，此種方法制備的石墨烯內沒有雜質，但是產量十分小，只是適用于實驗室中小批量的使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于高效批量制備優質石墨烯的方法，及其實現這個方法的設備，尤其適合工業中生產石墨烯。

本發明的技術方案是：

一種用于生產石墨烯的高溫高壓爆裂法，

S1、混合石墨、液氮和滲透輔助劑于反應釜內，形成均勻混合物；

S2、閉合反應釜；

S3、加熱所述混合物；

S4、暴露所述混合物在常壓下；

S5、收集石墨烯。

進一步，S1中，所述石墨與所述液氮的體積比為1：3。

進一步，S3中，所述加熱的速度為勻速。

進一步，所述滲透輔助劑為雙氧水。

進一步，當反應釜內壓力為40MPa時，釜內溫度控制在400℃

進一步，S3中，加熱后，使反應釜內壓力至3.4～40.0MPa之間。

進一步，一種用于包括高壓釜和至少兩級承壓收集罩；

所述承壓收集罩為頂部開放的桶狀結構，至少兩級的所述承壓收集罩同心排布，所述高壓釜位于所述收集罩的中心處；所述高壓釜上設置有溫控裝置與壓力控制裝置。

進一步，所述高壓釜包括減壓套、溫壓內膽兩部分；

所述溫壓內膽嵌設在所述減壓套內部，與所述減壓套旋轉連接；所述溫壓內膽中設置有電熱絲。

所述減壓套上、所述溫壓內膽上均開設有相互對應的至少一個出料孔。

進一步，所述減壓套的外側環設有齒環，所述齒環的一側設置有與所述齒環相互配合的主動齒輪，所述主動齒輪與電機的輸出端固定連接。

進一步，所述承壓收集罩的頂部設置有頂部收集罩，所述頂部收集罩為向所述收集罩中心處傾斜的環壁。

本發明具有的優點和積極效果是：由于采用上述技術方案，本發明具有如下優點：

解決了石墨烯大規模生產的問題，使用液氮、蒸餾水或雙氧水等液態物質，之后通過加熱增壓的模式，將石墨充分浸潤，之后快速減壓，位于石墨分子間的液氮、蒸餾水、雙氧水等液態物質迅速膨脹爆破，以此制備石墨烯。

附圖說明

圖1是本發明的生產石墨烯設備的截面示意圖。

圖中：

1、減壓套2、溫壓內膽3、高壓釜

4、一級承壓收集罩5、二級承壓收集罩6、出料孔

7、主動齒輪8、齒環9、頂部收集罩

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。