[发明专利]用于石墨烯膨胀的多层孔状滤芯结构内腔

说明书

所属技术领域

本发明涉及制备石墨烯所需的一种机械部件，尤其是石墨烯膨胀工序中的滤芯结构内腔。

背景技术

2004年，石墨烯由曼彻斯特大学Andre Geim 教授领导的研究小组最先发现。石墨烯具有优异的电学、光学、热学及机械性能，并具有极高的稳定性，已经引起了科学及工业界的浓厚兴趣。石墨烯在多个领域都有极其广泛的应用，如可用于制备高性能场效应晶体管等微电子器件，太阳能电池、光电探测器等光电器件等；基于其极高的比表面积(2630m²/g)，以及优秀的热、化学稳定性，可以应用于储能器件，如锂离子电池，超级电容器等。

在诸多石墨烯的制备方法中，通过石墨氧化、并膨胀还原获得的石墨烯粉末（克，千克或吨级），可以用于各类光电、储能器件和复合材料中，被认为是最有可能率先实现产业化的石墨烯制备方法。然而，在宏量制备氧化石墨烯的过程中，并没有一种专业用于氧化石墨烯生产量化的膨胀还原设备。而应未来市场对石墨烯及相关复合材料的需求，生产部门和公司不仅要保持其产品品质，同时也必须提高其生产进度，换而言之，生产线上的每一个环节，都会影响制备速度和产量的提升。由于现今同行业和相近行业之间的市场竞争相当激烈，若不能改善生产线上的生产加工速度而抢先攻占市场，将被社会的激烈竞争所淘汰。过去或现有的一些膨胀、退火设备，如井式电阻炉、井式真空退火炉、箱式炉、管式炉等，并不能很好快速地满足石墨烯膨胀处理过程中的要求。它们配备的内腔材质主要是由不锈钢或石英管组成，密封且不具有透气性。内腔通保护气升温时，膨胀产生的额外气体因不能及时流出而造成炉体内压强过大，从而带来了安全隐患。此外，不带内腔的固定式炉体结构也不便于对石墨烯粉末进行收集，降低了生产加工的效率。并且，石墨烯粉末在膨胀过程中会随气流扩散而污染设备的管道及其他部件，对整套设备的寿命、性能稳定性和安全性会造成损害。微纳米量级的石墨烯粉末对人体健康也会造成一定影响。这些存在的不利因素，与现今产业讲求快速、高效、高产量、环保等制造理念背道而驰。

发明内容

为了克服现有石墨烯膨胀工序产量低、安全性差、污染设备和环境等问题，本发明提供一种石墨烯膨胀的多层孔状滤芯结构内腔，能够选择性地把微纳米数量级的石墨烯粉末限制在腔体内，而通入或排出的气体则可以溢出，提高了产量和安全性，对人体也无危害。

为达到以上目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于石墨烯膨胀的多层孔状滤芯结构内腔，包括腔盖、腔囗和腔体，腔口用腔盖密封，腔体为孔状结构。

本发明所述腔体为至少二层以上的孔状结构孔状结构；所述孔状结构的滤芯孔径为0.01～5 μm；所述腔体采用耐高温、耐腐蚀的材料，滤芯采用不锈钢材料；所述腔体形状为柱体；所述腔体为圆柱体，一端用腔盖封口，另一端为球形封头设计。

采用以上技术方案后，本发明的有益效果是：能够在石墨烯膨胀过程中选择性地把微纳米数量级的石墨烯粉末限制在腔体内，防止石墨烯粉末随气体流动而污染管道及环境，而通入和产生的气体可以溢出，腔内压强保持稳定。另外，该内腔也有利于膨胀后样品的收集，使用安全、耐高温高压、抗腐蚀，也能提高石墨烯的制备和膨胀效率。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

根据图1所示，本发明一种用于石墨烯膨胀的多层孔状滤芯结构内腔，包括腔盖１、腔囗２和腔体３，腔口２用腔盖１密封，腔体３为是孔状结构。

本发明所述腔体３为至少二层以上的孔状结构孔状结构；所述孔状结构的滤芯孔径为0.01～5 μm；所述腔体３采用耐高温、耐腐蚀的材料，滤芯采用不锈钢材料；所述腔体３形状为柱体；所述腔体３为圆柱体，一端用腔盖１封口，另一端为球形封头设计，以便腔体在负压情况下不变形。腔盖上备有通气阀，用于抽气和充保护或反应气体。腔体的前端为一腔口，膨胀原料从腔口处送入腔内并用腔盖密封，膨胀完后再从腔口处收集。

本发明所述孔状结构的孔径达到1μm，就能把微纳米量级的石墨烯粉末限制在腔体内，而通入和产生的气体则可以溢出。

本发明具体实施方式：首先将需要膨胀的氧化石墨烯样品从腔口处送入腔内，然后关闭腔盖，往腔内充保护或反应气体，升温加热。腔盖部分一般放置在炉体的非加热区。在整个膨胀过程中，充入的保护气和膨胀产生的气体能从滤芯腔体溢出，而膨胀后的微纳米数量级的石墨烯粉末则被选择性地限制在腔体内，防止了粉末进入管道，污染和损坏设备。整个过程中，腔内的保护气形成动态平衡，维持压强稳定。由于粉末被腔体阻止而不能扩散，排出的尾气经过特殊处理，也不会对人体产生伤害或对生产环境造成污染，使膨胀过程既安全又环保。膨胀结束后，从该滤芯内腔中可以非常方便地收集石墨烯粉末。