[發明專利]大面積石墨烯的制備方法

在審

• 申請號: 201710061776.8
• 申請日: 2017-01-26
• 公開（公告）號: CN106915739A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 張榮德;宋健民
• 申請（專利權）人: 北京清烯科技有限公司
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C22C33/04
• 代理公司: 北京國之大銘知識產權代理事務所(普通合伙)11565
• 代理人: 朱曉蕾

技術領域

本發明涉及一種大面積石墨烯的制備方法，尤指一種可有效將制鋼設備的廢棄熔渣產出為具有高經濟價值的石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯為一種由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型蜂巢狀晶格的平面薄膜，為目前世界上最薄也是最堅硬的奈米材料。由于石墨烯的電阻率低，且幾乎是透明的，被期待用于發展更薄、導電速度更快的電子元件以應用在諸如半導體、面板、或是電池等領域中。

即使有許多期待，國際大廠也已競相投入石墨烯研究并積極布局，但現階段石墨烯技術還未能被大量應用，顯見目前還有許多技術上問題存在：無論是在石墨烯本身、或在配方上進行改良，以令石墨烯應用于復合材料時有更佳的效果。

發明內容

本發明的主要目的，系將制鋼設備的廢棄熔渣產出為具有高經濟價值的石墨烯，以解決習知制鋼設備的熔渣的回收或再利用方法無法產出高經濟價值產品的問題。

為了達成上述目的，本發明提供一種大面積石墨烯的制備方法，包括以下步驟：提供一鐵礦材料至一高溫爐；

利用一還原劑將該鐵礦材料還原為一高溫鐵水以及一含有石墨片的產物；將該高溫鐵水加入一煉鋼爐而得到一鋼材料；將該產物通過一過濾設備，使該產物中的該石墨片自該產物分離；利用一加壓流體提供一剪切力施加于該石墨片，令該石墨片分散為復數大面積石墨烯，該大面積石墨烯的層數小于20且具有一La介于1μm至1000μm之間的直徑，該La系為一由拉曼光譜所獲得的值。

本發明的主要功效在于：

(1)將用于產生該高溫液態鐵水的該高爐所產生該副產物的該石墨片進行回收再利用，以作為制造該石墨烯薄片的原料，且將兩者設備進行整合，不僅可使該高爐所產生該副產物中的該石墨片可以獲得利用。

(2)由于該石墨烯薄片的原料為該高爐所產生該副產物，故原料成本得以獲得下降。

(3)該副產物能被再利用而不至于導致浪費與環境污染外，更可提升其經濟價值。

附圖說明

圖1為本發明用于制造大面積石墨烯的設備示意圖；

其中，10、制鋼設備；20、過濾設備；21、連通管；29、液體；31、加壓器；32、進料口；33、管體；34、出料口；35、大面積石墨烯；40、石墨片。

具體實施方式

于下文中，將搭配圖式詳細說明本發明。

圖1系本發明一實施例的系統示意圖，該制造石墨烯薄片的系統包括有一制鋼設備10、一與該制鋼設備10連接的過濾設備20以及一與該過濾設備20連接的循環裝置。

該制鋼設備10可包括一習知高爐以及一習知煉鋼爐(圖中未示出)，該高爐可利用一還原性物質還原一鐵礦石而得到一為高溫液態鐵水的主產物以及一含石墨片40的副產物(于本實施例中，該石墨片可為一石墨亮片)，而該煉鋼爐自該高爐取得該高溫液態鐵水后經由一精煉制程而得到鋼。于本實施例中，該制鋼設備10可進一步包括一魚雷車，以運送該高溫液態鐵水至該煉鋼爐，然本發明對此并無特別限制，視需求還可進一步包括其他習知用于制鋼的裝置設備。且在本實施例中，該還原性物質可為焦煤，而該精煉制程系指利用一轉爐進行脫硫脫碳的步驟，該高爐以及該煉鋼爐的操作流程已為成熟技藝，在此不另行贅述。

該過濾設備20則包括一將該制鋼設備10產生的該副產物過濾以輸出該石墨片40的連通管21，而該循環裝置包括一將一液體29導入的加壓器31、與該加壓器31連通的進料管32、一與該進料口32連通的管體33以及一與該管體33連接的出料口34，該加壓器31、該進料口32與該出料口34之間形成一供該液體29流動的流道。

該連通管21連接于該加壓器31，以讓該石墨片40得輸入至該流道內而受該液體29提供的一剪切力作用，使該石墨片40分散為復數大面積石墨烯35，該液體29的該剪切力的作用方向與該石墨片40的移動方向相反，且該大面積石墨烯35的層數小于20且具有一La介于1μm至1000μm之間的直徑(該La系為一由拉曼光譜所獲得的值)，于本發明中，所得到的該大面積石墨烯35具有一單層或多層結構，更具體地，該大面積石墨烯35的層數介于1至5層之間。

于本實施例中，該出料口34連接回該加壓器31，以達到循環流動的功能。本發明中可使用各種可提供該液體29的一壓力以產生該剪切力的裝置，例如加壓馬達，本發明并不特別限制，只要能夠提供所需的該壓力即可。

本發明尚提供一種利用制鋼設備所產生的石墨副產物制造石墨烯薄片的方法，此實施例系以前述的該制造石墨烯薄片的系統舉例說明，該方法包括以下步驟：