[發(fā)明專利]分散碳納米管剝離單層石墨烯材料的模擬計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810898339.6
• 申請(qǐng)日: 2018-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN108984953A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陳欣
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 馬雁

本發(fā)明涉及一種分散碳納米管剝離單層石墨烯材料的模擬計(jì)算方法，屬于微納米材料分散剝離技術(shù)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)模擬計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：步驟一：基于研磨球珠在研磨腔體內(nèi)高速離心運(yùn)動(dòng)，球珠之間相互撞擊摩擦剪切的運(yùn)動(dòng)軌跡建立數(shù)學(xué)模型；步驟二：根據(jù)模型演算，離心摩擦剪切強(qiáng)度其中m_總為球珠的總質(zhì)量，v為球珠離心運(yùn)動(dòng)時(shí)的線速度，R為研磨腔體的半徑，r為球珠的半徑。本發(fā)明大大降低了研發(fā)生產(chǎn)需要投入的人力物力成本，能夠優(yōu)化剝離出高質(zhì)量的單層石墨烯和分散均一的碳納米管分散液。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分散碳納米管剝離單層石墨烯材料的模擬計(jì)算方法，屬于微納米材料分散剝離技術(shù)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)模擬計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格排列構(gòu)成的單原子厚二維碳材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管狀一維碳材料。石墨烯被認(rèn)為是碳納米管、石墨的基本結(jié)構(gòu)單元。石墨烯碳納米管都擁有超高的比表面積，超高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性質(zhì)，在導(dǎo)電薄膜、導(dǎo)電油墨、防腐涂料、鋰電池、太陽能電池、超級(jí)電容器和傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

從微觀角度看，通過物理摩擦剝離手段，單層石墨烯可以從石墨片層中剝離出來。根據(jù)石墨片層之間相互鏈接的范德華作用力，單層石墨片被撕裂的強(qiáng)度極限閥值∑P＝650.14GPa，具體參見Z Liu,et al.,Acta Mecheanica Sinica,2012,28(4):978。而碳納米管作為一維碳納米材料，存在微納米尺度的強(qiáng)團(tuán)聚效應(yīng)和纖維狀一維材料的交結(jié)糾纏現(xiàn)象。為此，剝離石墨烯、分散碳納米管的主要方法通常是研磨、球磨或砂磨等，需要耗費(fèi)大量人力和物力進(jìn)行工藝探索，找出研磨設(shè)備的各種參數(shù)與球珠、分散物料的性狀等多因素的復(fù)雜關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)剝離石墨烯和分散碳納米管；但是剝離和分散效果并不穩(wěn)定。工藝參數(shù)發(fā)生變化，剝離和分散的效果相差甚遠(yuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種分散碳納米管剝離單層石墨烯材料的模擬計(jì)算方法，大大降低了研發(fā)生產(chǎn)需要投入的人力物力成本，能夠優(yōu)化剝離出高質(zhì)量的單層石墨烯和分散均一的碳納米管分散液。

本發(fā)明所述的分散碳納米管剝離單層石墨烯材料的模擬計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟一：基于研磨球珠在研磨腔體內(nèi)高速離心運(yùn)動(dòng)，球珠之間相互撞擊摩擦剪切的運(yùn)動(dòng)軌跡建立數(shù)學(xué)模型；

步驟二：根據(jù)模型演算，離心摩擦剪切強(qiáng)度

其中m_總為球珠的總質(zhì)量，v為球珠離心運(yùn)動(dòng)時(shí)的線速度，R為研磨腔體的半徑，r為球珠的半徑。

進(jìn)一步優(yōu)選地，還包括步驟三：根據(jù)模型推演球珠之間的運(yùn)動(dòng)盲區(qū)，即分散極限區(qū)的分散極限長(zhǎng)度

進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟三演算可知，分散極限區(qū)的分散極限長(zhǎng)度與研磨球珠的半徑成正比；當(dāng)研磨球珠的直徑小于等于1.2μm時(shí)，可以形成石墨烯碳納米管等材料的納米級(jí)分散，形成均一穩(wěn)定的納米分散液。

本發(fā)明主要提供的模擬計(jì)算方法是基于研磨球珠在研磨腔體內(nèi)高速離心運(yùn)動(dòng)，球珠之間相互撞擊摩擦剪切來實(shí)現(xiàn)單層石墨烯的剝離和碳納米管的分散。球珠之間相互撞擊摩擦的數(shù)學(xué)模型。球珠之間相互撞擊摩擦剪切強(qiáng)度∑P的演算推理如下：

R＞＞r，

S_球＝4πr²，