[發明專利]一種石墨烯粉末的制備方法及設備

在審

• 申請號: 201810074288.5
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN110078061A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 何錦波
• 申請（專利權）人: 何錦波
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C01B32/194
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種石墨烯的制備方法及這種制備方法所需用到的生產設備。本發明使用氣體或液體的高速射流為基礎，利用射流的原理，在本發明提供的裝置腔內切割石墨原料，從而得到由石墨細顆粒組成石墨烯粉末。本發明生產石墨烯粉末的過程中，不受其他物質污染，生產速度快，可高速生產純度高、質量好石墨烯粉末。

技術領域

本發明涉及從石墨原料中大量生產石墨烯粉末的方法，特別是涉及到的生產石墨烯粉末的裝置和生產石墨烯粉末的方法。

背景技術

近年來，在我國有關石墨烯的研究日趨活躍，使得石墨烯的生產技術得到了極大的發展。現已知的石墨烯生產方法包括：超臨界法、超聲吹脫法、氧化還原法、等離子體剝離法，一種催化化學氣相沉積法、化學氣相沉積法、等離子體法、外延法等；

在超臨界方法中，將石墨添加到乙醇的超臨界溶液中，通過使超臨界溶液中的溶劑分子介于各層之間而從其上剝離石墨烯，但是該方法存在的問題是由于超臨界溶液在高溫和高壓下的處理而具有大的差別，并且難以一次處理大量的材料；

在超聲剝離法中，在溶液中加入石墨，施加超聲波，從而使石墨烯振動剝離，但該方法存在剝離過程費時的問題，同時，也很難同時處理大量的材料；在氧化還原法中，石墨被鹽酸或硫酸氧化，從而使石墨變成薄片，但該方法存在一個問題，即石墨烯必然被氧化，然后被電解或用化學試劑還原，但是，由于石墨烯的完全還原很難，導致石墨烯的質量很低；在等離子體剝離法中，石墨被放置在熔爐中，并用等離子體放電剝離，但這種方法存在著由于等離子體而在石墨烯表面形成許多孔的問題；在酒精催化化學氣相沉積法，乙醇和金屬催化劑被放置在一個真空爐，乙醇是由加熱爐1000°C分解，從而提供了石墨烯的晶體，但該方法所用的設備會非常非法龐大的問題，很難立即處理大量的材料；在熱化學氣相沉積法中，甲烷氣體被引入到真空爐中，氣體被加熱到1000°C分解并在金屬基體上形成薄膜，但這種方法存在著石墨烯得到良好的結晶性的問題；在等離子體法中，將甲烷氣體引入真空爐中，用等離子體分解氣體，在金屬基板上形成膜，但是該方法存在的問題是，盡管處理溫度低，但石墨烯的結晶度較差，并且需要熔化用于取出石墨烯的基底。

上面所說的方法，都難以以高速處理大量的材料，無法大規模生產石墨烯；也無法生產高純度不含雜質的純石墨烯。而本發明可以解決這些問題，目的是提供這種可批量生產的高質量石墨烯粉末的生產裝置，從而生產一種高純度不含雜質的純石墨烯。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供了一種可批量生產高質量石墨烯粉末的方法及其裝置。

本發明生產石墨烯粉末的方法，包括一種氣體射流裂解石墨原料的方法；氣體包含空氣和其他氣體，通過氣體壓縮機加壓，形成超高速氣體射流，裂解石墨原料。這個方法的過程不會接觸其他雜質，所以不會受到其他物質污染；其生產速度也非常快，可以高速生產純度高、質量好的石墨烯粉末。這里所述的裂解是一種與特定平面平行的晶體斷裂，這種方式有容易斷裂晶體的屬性；這是因為原子間的結合力弱而產生的現象，當原子、離子或分子之間的結合力弱于垂直于平行面的裂解力時，就會發生斷裂，石墨烯同樣具有來自范德瓦爾斯力的原子、離子或分子之間的結合力，因而容易引起分裂。本發明所述細顆粒是指形成非常細的粉末，其不僅包括球狀，還包括如薄葉子般的片狀，這種薄片狀的石墨烯粉末，具有較大的表面積，其與其它物質的接觸面積也會較大，這樣可以提高導電性和分散性，這是個很新穎的技術點。

本發明的另一個生產石墨烯粉末的方法，包括一種液體射流裂解石墨原料的方法，液體包含水和其他溶劑，通過加壓泵加壓，形成超高速液體射流，裂解石墨原料。墨烯粉末可以通過干燥裂解后的液體得到；另在液體被用作有用溶劑的情況下，液體可以不干燥，可以生產含有石墨烯粉末的溶劑，有利于生產多種石墨烯粉末產品。

本發明的另一個生產石墨烯粉末的方法，通過噴射含有石墨原料的射流，使含有石墨原料的射流噴射到封閉腔室內，與腔室壁發生碰撞而裂解形成細小的石墨烯粉末。