[发明专利]用于制备石墨烯的超声剥离装置

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，具体地说涉及一种用于制备石墨烯的超声剥离装置。

背景技术

自2004年被发现以来，石墨烯作为一种新型碳材料备受关注。它是一种完全由sp²杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有高透光性和导电性、高比表面积、高强度及柔韧性等优异的性能，可望在高性能纳电子器件、光电器件、气体传感器、复合材料、场发射材料及能量存储等领域获得广泛应用。

目前，膨胀超声剥离法为石墨烯的主要制备方法之一，该方法是以石墨插层化合物为原料，经膨胀液膨胀后进行超声剥离，从而得到石墨烯产品。但以该方法为代表的现有技术，均需要采用特定的超声剥离设备来剥离石墨烯。为此，中国专利号“201320116823.1”在2013年8月14日公开了“石墨烯制备用插层剥离设备”，其技术方案为所述设备包括超声波发生器、超声波分散罐和用于对分散罐内的石墨悬浮液进行分散的搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌电机、搅拌旋转轴和搅拌旋转叶片，搅拌旋转轴一端连接搅拌电机另一端连接搅拌旋转叶片，所述超声波分散罐的侧壁安装有复数个超声波换能器，超声波分散罐的底部呈现漏斗形，底部设置有排料口，排料口上安装有排料管，排料管上安装有打开阀，整个石墨烯制备用插层剥离设备放置在机架上，将电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号的超声波发生器通过电缆与超声波换能器相连。

但以上述专利文件为代表的现有技术，在实际使用过程中，仍然存在着如下缺陷：一、超声波换能器安装在六面体结构罐体的外壁上，各个换能器到罐体中心的距离不同，导致罐体内各区域的空化效果不均匀，不仅影响石墨烯的剥离效果，还降低了石墨烯原料的利用率和石墨烯产品的质量。二、超声波换能器安装在罐体的外壁上，由于超声波的辐射距离有限，这一结构限制了罐体的大小，导致使用该结构的超声剥离装置势必不能大规模制备石墨烯产品。三、该专利中的换能器通过粘接在罐体外壁上形成振板，当需要大规模制备石墨烯时，罐体的每一面上需要粘几十甚至上百个换能器，由于每个换能器的辐射面积小，这种方式不仅增大了设备的体积，还存在着剥离效果差、稳定性差和使用不便的缺点，难以满足工业化制备。四、由于单个换能器功率大小的限制（最大为120W），罐体内功率密度有限，这导致设备需要长时间的运行才能达到理想的剥离效果。五、换能器使用寿命相对短，且更换不便。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种用于制备石墨烯的超声剥离装置，本发明能够全方位超声辐射罐体的内部区域，从而达到显著提高超声波功率密度和缩短剥离时间的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于制备石墨烯的超声剥离装置，其特征在于：包括罐体和多根超声波振动棒，所述的多根超声波振动棒竖向固定在罐体内，且多根超声波振动棒在同一正投影面内呈环状分布。

所述的多根超声波振动棒在同一正投影面内呈多环分布。

所述的多根超声波振动棒竖向分层设置在罐体内，且每环上超声波振动棒的数量是超声波振动棒层数的整数倍。

所述罐体内每层超声波振动棒的数量均相同，且每层的超声波振动棒均匀设置罐体内。

上层超声波振动棒的下端与下层超声波振动棒的上端错位相交。

同一环上的相邻两超声波振动棒之间的间距小于50cm。

所述罐体内的侧壁和底部均设置有压缩空气喷嘴。

所述罐体为圆筒形，其上部设置有进料口和溢流口，中部设置有人孔，底部设置为斜底，且在斜底的低端设置有出料口。

所述罐体上固定设置有盖板，所述的超声波振动棒通过钢管固定在盖板上。

所述罐体内设置有温度传感器。

采用本发明的优点在于：

一、本发明中，由于超声波振动棒能够向棒外径向360 度方向辐射超声波，因此将多根超声波振动棒在同一正投影面内成环状布置，就能够在罐体内形成全方位的超声波辐射，既提高了超声波的功率密度，又有利于缩短物料的剥离时间和降低功耗。另外，本发明中超声波振动棒的数量远远少于现有技术中换能器的数量，还具有成本低廉和安装维护方便的优点。与中国专利号为“201320116823.1”为代表的现有技术相比，同时取50L浓度为2g/L的蠕虫状石墨悬浮液进行剥离，本发明约需2小时就能够达到理想的剥离效果，而现有技术需要10小时以上。