[实用新型]一种剪切辅助超临界剥离装置

说明书

本实用新型提供了一种剪切辅助超临界剥离装置。该剪切辅助超临界剥离装置包括气瓶、制冷机、高压泵、剪切辅助超临界装置和缓冲罐，所述气瓶与所述制冷机连通，所述制冷机与所述高压泵连通，所述高压泵与所述剪切辅助超临界装置连通，所述剪切辅助超临界装置与所述缓冲罐连通，所述高压泵与所述剪切辅助超临界装置之间设置有第一阀门和第一压力表，所述剪切辅助超临界装置与所述缓冲罐之间设置有第二阀门，所述缓冲罐设置有出口。本实用新型提供的剪切辅助超临界剥离装置能简单快速地大规模制备大量寡层二维纳米材料，且制得二维纳米材料的层数在4层以下。

技术领域

本实用新型属于纳米材料制备技术领域，涉及一种剪切辅助超临界剥离装置。

背景技术

二维纳米材料是纳米材料研究领域的一个焦点研究课题。在所有二维材料的研究中，过渡金属硫化物因为拥有出众的电荷载体迁移率的电子特征和可调的电荷载体行为而得到广泛关注，比如，二硫化钼的半导体性质和特殊的层状结构，使其表现出众多优异的物理化学性能，如比表面积大、反应活性高、吸附能力强、催化性能好等，因此在润滑、催化、传感、纳米光电子器件、高性能的复合材料、以及电化学储氢和储锂等领域具有很好的应用前景(Zhang G.,et al.,Energy&Environmental Science, 2016,9,1190-1209.)。

目前，过渡金属硫化物的制备方法主要包括微机械力剥离法、气相沉积法、液相剥离法和化学合成法等，微机械力剥离法通过胶带的粘性附着力克服层状材料分子层间的弱范德华力，剥离得到单层和少层二维结构。微机械力剥离法操作简便、剥离产物缺陷较少，但产量较低。化学气相沉积法有望实现大面积二维材料的可控合成，但该方法很难规模化生产，限制了其应用。液相超声法是利用超声作用，将有机溶剂(表面能和层状材料的表面能相近)或表面活性剂分子插入到层间，克服相邻层间的内聚能密度，实现剥离，但制备过程中，高能量的超声作用会导致石墨烯纳米片尺寸变小，表面和末端引入缺陷，这限制了二维材料在分子电子器件等方面的应用。剪切辅助液相剥离法利用剪切作用，克服层间的范德华力，得到单层或少层结构，此方法能够得到质量较好、尺寸较大的二维材料，但工业上产生剪切力的主要方式为机械搅拌，大型的机械搅拌设备不仅能耗大，并且大型搅拌机的高速化难以实现，同时存在反应器剪切死角。

由此可见，目前制备过渡金属硫化物二维纳米材料的方法存在的普遍缺点是生产成本高，对环境污染大，或者生产周期长，难以大规模制备等。寻找一种新的装置用于制备石墨烯、过渡金属硫化物等二维纳米材料，是实现二维纳米材料大规模应用的必要前提。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种剪切辅助超临界剥离装置，该剪切辅助超临界剥离装置能简单快速地大规模制备大量寡层二维纳米材料。

为了达到前述的实用新型目的，本实用新型提供一种剪切辅助超临界剥离装置，该剪切辅助超临界剥离装置包括气瓶、制冷机、高压泵、剪切辅助超临界装置和缓冲罐，

所述气瓶与所述制冷机连通，所述制冷机与所述高压泵连通，所述高压泵与所述剪切辅助超临界装置连通，所述剪切辅助超临界装置与所述缓冲罐连通，

所述高压泵与所述剪切辅助超临界装置之间设置有第一阀门和第一压力表，所述剪切辅助超临界装置与所述缓冲罐之间设置有第二阀门，所述缓冲罐设置有出口。

根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述缓冲罐的容积为所述剪切辅助超临界装置容积的1-10倍。

根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述缓冲罐与机械泵连通，所述缓冲罐与所述机械泵之间设置有第三阀门。该机械泵在制备工艺开始前将缓冲罐中的压力抽至负压，能使剪切辅助超临界剥离反应结束后剪切辅助超临界装置中的压力在0.1s 内降至反应压力的一半以下。