[發明專利]石墨烯的沖擊反應制備裝置及制備方法

有效

• 申請號: 202110204273.8
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN112850694B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 尹昊;譚路遙;蔣家勇
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 許馳

本發明公開了石墨烯的沖擊反應制備裝置及制備方法，涉及石墨烯制備領域，裝置包括樣本盒和冷卻件；方法包括S1制備沖擊混合料，并將其置于樣本盒的樣品空間內，保持低溫狀態；S2驅動飛片高速撞擊樣品盒得到粉末A；S3對粉末A進行酸洗提純后，抽濾得到懸濁液B；S4將懸濁液B干燥得到石墨烯粉體；通過進行冷卻液導流設計，實現包括沖擊混合料在內的裝置整體長時間保持低溫狀態，有效控制干冰等固態碳源的揮發，提高干冰的石墨烯轉化率，增強該方法的固碳效率，大幅提高產出增加爆炸合成石墨烯方法的應用前景；本方法對生產要求低，工藝控制簡單，可重復性高，無需進行復雜的工藝控制，反應快捷；本方法僅需在反應前體中加入相應摻雜源粉體即可。

技術領域

本發明涉及石墨烯制備領域，尤其涉及一種石墨烯的沖擊反應制備裝置及制備方法。

背景技術

石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的新型碳納米材料。石墨烯的發現，宣告了真正意義上獨立存在的二維材料，開啟了材料科學的新領域。

石墨烯吸光率僅為2.3％；導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，而電阻率只約10-6Ω·cm，為電阻率最小的材料。石墨烯的高機械強度，使其能夠用于微機電和納機電系統期間的制造，在宏觀領域在超輕防彈衣、超薄超輕型飛機材料等，也有著無與倫比的優勢。此外，石墨烯減小到納米尺度甚至單個苯環同樣保持很好的穩定性和電學性能，使探索單電子器件成為可能。可見，由于其優異的力學性能、熱學性能、電學性能等，使其在物理學、化學、微電子學等領域有著廣泛的應用前景和較高的應用價值。

目前，石墨烯制備方法主要有：機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、溶劑剝離法、電爆炸法和爆轟合成法。其中，爆轟合成法利用沖擊波處理碳源與還原劑等的混合材料，使其在高溫高壓作用下發生化學反應，從而合成石墨烯材料。已有研究表明，碳酸鈣、鎂粉和硝酸銨作為反應前體，采用爆轟驅動飛片加載方式合成了具有良好氧氣還原催化活性的氮摻雜石墨烯。

該方法可實現以固態二氧化碳等為碳源進行石墨烯的制備，是一種人工無機固碳的方法，有助于應對全球變暖問題。但是，由于固態二氧化碳在常溫下易揮發，使該方法的石墨烯產率較低，即固碳效率較低，阻礙了該方法的大規模應用。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題設計了一種石墨烯的沖擊反應制備裝置。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

石墨烯的沖擊反應制備裝置，包括：

樣本盒；樣本盒內設置有用于容納沖擊混合料的樣品空間，沖擊混合料用于制備石墨烯；

冷卻件；冷卻件用于保持沖擊混合料的低溫狀態。

石墨烯的沖擊反應制備方法，包括以下步驟：

S1、制備沖擊混合料，并將沖擊混合料置于樣本盒的樣品空間內，并持續注入冷卻物使沖擊混合料保持低溫狀態；

S2、通過沖擊加載方式驅動飛片高速撞擊樣品盒得到粉末A，并回收粉末 A；

S3、對粉末A進行酸洗提純后，經過抽濾得到懸濁液B；

S4、將懸濁液B干燥得到粉體C，粉體C即為所述石墨烯粉體。