[發明專利]一種微波氣體擴散法膨脹石墨膨化裝置

在審

• 申請號: 201810772914.8
• 申請日: 2018-07-14
• 公開（公告）號: CN108715445A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 鄧賤牛
• 申請（專利權）人: 深圳市星聚工業自動化有限公司
• 主分類號: C01B32/225
• 分類號: C01B32/225
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務所(普通合伙) 44240
• 代理人: 金輝

本發明涉及石墨膨化裝置技術領域，尤其是一種微波氣體擴散法膨脹石墨膨化裝置，包括豎直放置的微波激勵腔，所述微波激勵腔外部環繞有若干個微波源，微波激勵腔內部設有爐管，爐管頂部設有膨脹石墨輸出管道，爐管底端通過可膨脹石墨氣體輸送管道連接有可膨脹石墨粉體與氣流渦旋混合裝置，可膨脹石墨粉體與氣流渦旋混合裝置進料口處連接有三通管，所述三通管另外兩個端口分別連接有可膨脹石墨進料管道、進氣管道，所述進氣管道連接有吹氣裝置。本裝置升溫時間短，石墨層間化合物在極短時間內分解爆炸，形成的膨脹石墨膨化效果好，生產前沒有升溫過程，停止生產也沒有降溫過程，生產過程即開即停，能耗低，爐體表面溫度低，工作環境好。

技術領域

本發明涉及石墨膨化裝置技術領域，尤其涉及一種微波氣體擴散法膨脹石墨膨化裝置。

背景技術

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。

石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

現階段石墨烯的主要生產方式有機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法和化學氣相沉積法(CVD)。

機械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對運動，得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單，得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結構。但是其可控性較低，難以實現大規模合成。

SiC外延法是通過在超高真空的高溫環境下，使硅原子升華脫離材料，剩下的C原子通過自組形式重構，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質量的石墨烯，但是這種方法對設備要求較高。

化學氣相沉積法即(CVD)是使用含碳有機氣體為原料進行氣相沉積制得石墨烯薄膜的方法。這是目前生產石墨烯薄膜最有效的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質量高的特點，但現階段成本較高，工藝條件還需進一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄，因此大面積的石墨烯薄膜無法單獨使用，必須附著在宏觀器件中才有使用價值，例如觸摸屏、加熱器件等。作為工業味精的石墨烯，石墨烯膜使用范圍很受限制。

石墨烯在下游產業中應用最為廣泛的是石墨烯粉體，現在常規的生產方式是氧化還原法。氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學試劑及高錳酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化，增大石墨層之間的間距，在石墨層與層之間插入氧化物，制得氧化石墨(GraphiteOxide)。然后將反應物進行水洗，并對洗凈后的固體進行低溫干燥，制得氧化石墨粉體。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對氧化石墨粉體進行剝離，制得氧化石墨烯。最后通過化學法將氧化石墨烯還原，得到石墨烯(RGO)。這種方法操作簡單，產量高，但是產品質量較低。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強酸，存在較大的危險性，又須使用大量的水進行清洗，帶大較大的環境污染。

石墨晶體具有由碳元素組成的六角網平面層狀結構。層平面上的碳原子以強有力的共價鍵結合，而層與層間以范德華力結合，結合非常弱，而且層間距離較大。因此，在適當的條件下，酸、堿金屬、鹽類等多種化學物質可插入石墨層間，并與碳原子結合形成新的化學相，石墨層間化合物(Graphite Intercalation on Compounds,簡稱GIC)。這種層間化合物在加熱到適當溫度時，可瞬間迅速分解，產生大量氣體，使石墨沿軸方向膨脹成蠕蟲狀的新物質，即膨脹石墨。未膨脹的石墨層間化合物就是可膨脹石墨。

現有的可膨脹石墨膨化爐需要先將爐溫升高到1000℃以上，然后將可膨脹石墨，在氣氛的保護下，加料膨化，設備能耗高，升溫和降溫時間長。

處于常溫狀態的物料進入爐體內，通過熱傳導加熱到1000℃以上，時間長，膨化效果不好，現在主要用于膨脹石墨密封件制造，不能滿足石墨烯的生產前驅原料要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中石墨膨化裝置使用效果不好的缺點，而提出的一種微波氣體擴散法膨脹石墨膨化裝置。