[发明专利]激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的装置与方法

权利要求书

1.激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的装置，其特征在于，包括三维移动平台（29）和反应容器(27)，所述反应容器(27)位于所述三维移动平台（29）上，所述反应容器(27)内设有高定向热解石墨块(26)和丝杠(25)，所述丝杠(25)上螺纹连接支撑板(17)，所述丝杠(25)的末端安装第二电机(21)，所述支撑板(17)上安装有第二旋转轴(24)和第一旋转轴(18)，所述第二旋转轴(24)上缠绕有铜箔(23)，所述第一旋转轴(18)上安装有第一电机(20)，所述铜箔(23)依靠所述第一电机(20)的转动从所述第二旋转轴(24)向所述第一旋转轴(18)上缠绕运动；所述反应容器(27)上方设有高功率脉冲激光发生装置(11)，所述反应容器(27)内设有铜柱(28)，所述铜柱(28)和所述第一旋转轴(18)分别与电源(3)的两极相连。

2.根据权利要求1所述的激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的装置，其特征在于，还包括流量调节器（8）、储液箱（6）和电泵（4），所述流量调节器（8）一端与储液箱（6）相连，另一端通过电泵（4）与反应容器（27）的入水口（2）相连，所述反应容器（27）的出水口（1）与储液箱（6）相连。

3.根据权利要求1或2所述的激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的装置，其特征在于，所述高功率脉冲激光发生装置(11)发出的激光束（15）通过准直扩束镜（12）、全反镜(16)后从激光加工头(30)辐射到所述高定向热解石墨块(26)上。

4.根据权利要求1或2所述的激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的装置，其特征在于，所述反应容器（27）的出水口（1）与储液箱（6）相连，流量调节器（8）一端与所述储液箱（6）相连，另一端通过电泵（4）与反应容器（27）的入水口（2）相连。

5.根据权利要求4所述的激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的装置，其特征在于，所述电源（3）与电源变压器（5）相连，所述三维移动平台（29）、所述第一电机（20）、所述第二电机（21）和所述电源变压器（5）均与数字控制器（10）连接，所述数字控制器（10）、所述高功率脉冲激光发生装置（11）、所述流量调节器（8）均与计算机（9）连接。

6.一种激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的方法，包含以下步骤：S1:配置稀硫酸溶液；S2:设定反应装置：将高定向热解石墨块（26）置于反应容器（27）中，通过第二电机（21）沿Y轴调节支撑板（17），使铜箔（23）与高定向热解石墨块（26）保持规定的距离；S3:调节三维移动平台（29）使得激光焦点位于高定向热解石墨块（26）上表面上，从而激光束垂直入射高定向热解石墨块（26）上表面上；S4:向反应容器（27）内注入稀硫酸溶液：调节流量调节器（7）设置流量为0.65~1L/s，打开电泵（5）使硫酸溶液注入反应容器（27）中至液面超过高定向热解石墨块（26）上表面；S5:通过导线将电源正极与反应容器（27）前端铜柱（28）相连，将电源负极与第一旋转轴（18）末端相连，通过数字控制器（10）打开电源（3），使反应容器（27）中形成一个电场环境；S6:打开高功率脉冲激光发生装置（11），通过计算机（9）设置激光参数，高功率激光发生装置发出激光通过激光加工头(32）将激光聚焦到高定向热解石墨块（26）上表面，数字控制器（10）控制所述三维移动平台（29）沿X轴方向进给运动，冲击一段距离后，所述三维移动平台（29）沿Y轴方向移动一个光斑距离，继续进行冲击，同时，第一电机（20）开始旋转，待高定向热解石墨块（26）X轴方向进给完后，重复上述步骤；S7:关闭所有装置，将铜箔（23）取下，进行后续石墨烯转移与提纯处理。

7.根据权利要求6所述的一种激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的方法，其特征在于，激光束的冲击间隔为5秒，X轴方向的移动距离为一个光斑距离，X轴方向冲击完后进行下一周的激光冲击处理，如此循环直至完成整个表面的冲击。

8.根据权利要求6所述的一种激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的方法，其特征在于，所述第一旋转轴（18）的材料为铜。

9.根据权利要求6所述的一种激光冲击液体介质中碳材料制备石墨烯的方法，其特征在于，高功率激光发生装置发出激光的激光参数为：激光波长1064nm，脉宽10ns，光斑直径3mm，激光能量1J，频率10Hz。