[实用新型]一种超声与电场协同作用快速剥离石墨烯的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种快速剥离石墨烯的装置。

背景技术

石墨烯具有优异的力学性能、导热性能、导电性能和光学性能，除此之外，石墨烯还 具有优异的磁学性能、超高的比表面积(理论值达2630m²/g)和吸附性能等。

Geim等人通过用胶带黏住石墨片的两侧面进行反复的粘撕使石墨片剥离而获得石墨 烯。该工艺简单，制备出的石墨烯质量较高，但是该方法制备出的石墨烯片层尺寸较小， 产量低，不适用于大规模生产，仅适用于基础实验研究。CVD法是将金属基体放置于碳 氢化合物气体的氛围中加热，高温裂解生成碳原子，并沉积在金属基体上形成石墨烯，最 后通过化学腐蚀去除金属基体得到石墨烯片，CVD法一般采用“腐蚀基体法”来获得石 墨烯，不仅制备工艺复杂，浪费了资源，增加生产成本，而且污染环境，因此如何实现石 墨烯的生长基体无损转移，使基体可循环使用是CVD法生产石墨烯亟待解决的难题。氧 化还原法将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备 成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧 基和羟基，得到石墨烯。氧化还原法能够以相对较低的成本制备出大量的石墨烯，目前成 为制备石墨烯的效率最高的方法。但是，采用氧化还原法生产的石墨烯，由于在插层过程 中受到强酸和强氧化剂的破坏，容易且不可避免地造成了石墨烯晶体结构的大量缺陷，即 使被强还原剂还原剂后，石墨烯的原始结构也不能完全恢复，而且非常容易发生不可逆转 的团聚现象，导致了石墨烯的比表面积和应有的高导电性、高导热性、高透光性等优异性 能大打折扣，因而限制了石墨烯在储能领域和精密微电子领域等的应用。更重要的是，由 于强酸和强氧化剂、强还原剂等的使用，在石墨烯制备过程中产生大量的废液和废气，会 造成严重的环境污染，这会给生产者带来昂贵的环保成本。外延生长法在高真空和高温条 件下，加热SiC单晶使硅原子蒸发，剩下的碳原子在SiC表面进行结构的重新排列而获得 石墨烯。外延生长法制备出的石墨烯质量较高，但是该方法的缺点是石墨烯的生产条件严 格，对设备要求较高，需要较高的真空度，增加了生产成本，产率较低。而且，以SiC 作为衬底时，石墨烯与SiC的相互作用会影响石墨烯的质量。因此，外延生长法不利于规 模化生产石墨烯。

发明内容

本实用新型是要解决上述制备石墨烯的方法存在各种缺陷的问题，而提供的一种超声 与电场协同作用快速剥离石墨烯的装置。

一种超声与电场协同作用快速剥离石墨烯的装置，它包括超声装置、石墨正电极、石 墨负电极和容器；所述容器中装满电解液；所述超声装置、石墨正电极和石墨负电极置于 容器中；所述超声装置置于石墨正电极和石墨负电极的中间位置。

本实用新型采用石墨块或石墨板作为正负电极，正负电极放在电解质溶液中，在正负 电极之间施加电压并用电压程序控制器进行控制，同时在石墨电极之间插入超声装置，超 声波产生的空化效应加速石墨块体的剥离效应，在超声与电场的协同作用，电解液中的插 层剂进入石墨电极内使石墨烯从石墨块体的表面快速剥离，并进一步破碎分离从电极中剥 离的石墨烯。收集石墨烯粉后过滤、洗涤和冷冻干燥得到薄层石墨烯，并且石墨烯的均匀 性及分散性良好。

本实用新型超声与电场协同作用快速剥离石墨烯的装置，对设备要求低，装置配置简 单，成本低，产率高，便于产业化生产。

附图说明

图1为本实用新型中超声与电场协同作用快速剥离石墨烯的装置的示意图，其中1 表示超声装置、2-1表示石墨正电极、2-2表示石墨负电极、3表示容器、4表示水槽、5 表示电压程序控制器。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1所示，一种超声与电场协同作用快速剥离石墨烯的装置， 它包括超声装置1、石墨正电极2-1、石墨负电极2-2和容器3；所述容器3中装满电解液； 所述超声装置1、石墨正电极2-1和石墨负电极2-2置于容器3中；所述超声装置1置于 有容器3的侧壁上。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述容器3为有机玻璃容 器。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述容器3置于水槽4 中，且水槽4中装满冷却水。其它与具体实施方式一相同。