[发明专利]一种生产石墨烯的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明为涉及一种生产石墨烯的装置及其方法，尤指一种快速生产石墨烯的装置及其方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)为目前最薄且最坚硬的纳米材料，一般来说，石墨烯的取得方式可借由多种的分离技术来将石墨的碳层进行拆层而取得。

如中国台湾发明专利公开第201522214号，提出一种纳米石墨烯片的制备方法，包含：一插层氧化步骤，是将一石墨材料与至少一插层剂及至少一氧化剂的混合物进行插层氧化反应，而形成一石墨氧化物；一热剥离步骤，将该石墨氧化物取出，并将该石墨氧化物接触一热源，使该石墨氧化物借由膨胀或剥离分解为多个纳米石墨片结构；一机械剥离步骤，将该等纳米石墨片结构悬浮于一液体，并对该液体施以一机械剪切力，使该等纳米石墨片结构的横向尺寸及厚度缩减，而剥离成为多个纳米石墨烯片，且该等纳米石墨烯片与该液体形成一纳米石墨烯片悬浮液；一干燥步骤，将该纳米石墨烯片悬浮液干燥而分离出纳米石墨烯片；以及一还原及热处理步骤，是将纳米石墨烯片放置于通入一还原气氛，并将温度升高至一热处理温度的环境下，以降低该等纳米石墨烯片的含氧量，并减少晶格缺陷。

或如中国台湾发明专利公告第I522314号，提出一种规模化量产石墨烯及石墨烯氧化物的制造设备，其包含：第一电极，其为包含石墨初始材料的电极座，第二电极，其为包含石墨初始材料的电极座、一金属、或包含石墨与金属的混合物，及一电解槽，其中填充电解液，设置该第一电极及该第二电极于该电解液中且与一电源供应器连接，其中该电源供应器提供第一偏压及第二偏压，及一过滤与分离产物的模块，用于收集石墨烯及石墨烯氧化物产物。

于以上现有技术之中，中国台湾发明专利公开第201522214号以氧化还原方式所获得的石墨烯结构通常为不完整，即拆解过程中部分的结构破损，如此将造成石墨烯导电性或导热性不佳。中国台湾发明专利公告第I522314号以电解方式进行石墨烯拆解的过程中，由于操作窗口小，当要进一步控制拆层后石墨烯的层数越少时，所导通的电流也相对越小，使石墨烯的电解拆层速度明显降低而造成生产速度较慢的缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种生产石墨烯的装置及其方法，以解决现有石墨烯的制备方式易破坏石墨烯结构以及生产速度不佳的问题。

为达上述目的，本发明提供一种生产石墨烯的装置，是针对一将一石墨与一溶剂混合而成的混合溶液进行处理，该装置包含一密封腔体、一加压单元、一高压喷嘴以及一加热单元，该密封腔体容置该混合溶液，该加压单元与该密封腔体连通，提供一压力至该密封腔体以对该混合溶液进行一加压行程，而使该溶剂的一第一部分渗入该石墨的一层间间隙，该高压喷嘴与该密封腔体连通，将完成该加压行程的该混合溶液自该密封腔体排出而使该溶剂的一第二部分渗入该石墨的该层间间隙，该加热单元与该高压喷嘴连通，对自该密封腔体排出的该混合溶液进行一加热行程，使渗入该石墨内的该些溶剂汽化且产生一向外推力而形成一石墨烯。

其中，该加压行程具有一介于100MPa至600MPa之间的压力。

其中，该加热行程具有一介于60℃至300℃之间的加热温度。

其中，该高压喷嘴具有一介于50μm至2000μm之间的孔径。

其中，更包含一与该加热单元连通的收集单元以及一设置于该收集单元与该加热单元之间的分离单元。

其中，该加热单元包含一供该石墨烯通过的石英管以及一围绕于该石英管外的铜管。

为达上述目的，本发明另提供一种生产石墨烯的方法，包含以下步骤：

将一石墨与一溶剂混合而形成一混合溶液，并将该混合溶液注入一密封腔体；

通过一提供一压力至该密封腔体的加压单元对该混合溶液进行一加压行程，以使该混合溶液中的该溶剂的一第一部分渗入该石墨的一层间间隙；

通过一高压喷嘴将完成该加压行程的该混合溶液自该密封腔体排出而使该溶剂的一第二部分渗入该石墨的该层间间隙；以及

通过一加热单元对自该高压喷嘴排出的该混合溶液进行一加热行程，使渗入该石墨内的该些溶剂汽化且产生一向外推力而形成一石墨烯。

其中，该加压行程具有一介于100MPa至600MPa之间的压力。

其中，该加热行程具有一介于60℃至300℃之间的加热温度。

其中，该高压喷嘴具有一介于50μm至2000μm之间的孔径。