[发明专利]快速制备金属基石墨烯复合材料的装置

说明书

本发明公开了一种快速制备金属基石墨烯复合材料的装置，涉及石墨烯复合材料技术领域。所述装置主要利用气泡上浮法制备石墨烯粉，利用等离子熔炼法制备金属纳米粉，石墨烯粉和金属纳米粉分别形成于不同的腔体内，并通过惰性气体将石墨烯粉和金属纳米粉吹至有机溶剂中，并混合均匀。然后将含有石墨烯和金属纳米粉的有机溶剂进行边搅拌，边挥发，直至有机溶剂挥发完毕。最后将两种混合均匀的粉末在高压和高温下挤压成型，制备成金属基石墨烯复合材料，制备工艺简单，速度快。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料技术领域，尤其涉及一种快速制备金属基石墨烯复合材料的装置。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子组成的二维层状材料。由于其具有优异的光学、电学、力学特性，在材料、医学、能源、制药等领域表都具有重要的应用，被认为是21世纪具有革命性的新材料。石墨烯中每个碳原子通过较强的σ键与周围其他的碳原子结合，这些碳-碳键使得石墨烯片层使其断裂强度可达42N/m，杨氏模量可以达到1.0TPa，因此使用石墨烯制备优异力学特性的复合材料具有巨大的科学和市场价值。

石墨烯常用的制备方法有微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉淀CVD法、碳化硅升华法、氧化石墨还原法等。其中化学气相沉淀CVD法由于制备石墨烯片层较大，是目前市场上主流方法之一，但是效率较低。采用传统熔炼冶金方法获得块体金属基石墨烯复合材料较为困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种工艺简单、速度快的制备金属基石墨烯复合材料的装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种快速制备金属基石墨烯复合材料的装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体的上侧为金属粉制备腔，所述炉体的下侧为石墨烯制备腔，所述石墨烯制备腔内设置有坩埚支撑，所述坩埚支撑内设置有石墨烯制备坩埚，所述石墨烯制备坩埚内设置有金属铜，所述坩埚支撑的外周设置有铜熔体加热器，所述炉体的底部设置有甲烷注入管，所述甲烷注入管的上端延伸至所述石墨烯制备坩埚内，且所述甲烷注入管的下端位于所述炉体外，位于炉体外的甲烷注入管的一端通过管路与气源连接，所述铜熔体加热器上侧的炉壁内设置有支撑环，所述支撑环靠近所述石墨烯制备坩埚的上端开口设置，超声波熔体振动仪设置在所述支撑环上，所述超声波熔体振动仪用于使位于铜熔体表面的石墨烯片层快速离开铜熔体上表面，在所述石墨烯制备腔内形成石墨烯粉体，第一惰性气体气管的一端位于所述炉体外，第一惰性气体气管的另一端延伸入所述石墨烯制备腔内的石墨烯制备坩埚的上端开口旁，在与所述第一惰性气体气管位置相对的炉壁上设置有石墨烯传送口；所述金属粉制备腔内设置有水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚内设置有金属粉制备用金属，所述水冷铜坩埚正上方的炉顶上设置有等离子电极，所述等离子电极的最下端与所述水冷铜坩埚保持有距离，第二惰性气体气管的一端位于所述炉体外，第二惰性气体气管的另一端延伸入所述金属粉制备腔内的水冷铜坩埚的上端开口旁，在与所述第二惰性气体气管位置相对的炉壁上设置有金属粉传送口；所述石墨烯传送口以及所述金属粉传送口与粉体回收腔相连通，所述粉体回收腔的下端设置有向下延伸的混合粉体注入管，所述混合粉体注入管上设置有混合粉体注入管阀门，所述混合粉体注入管的下端开口延伸至复合粉末回收器内，所述复合粉末回收器内设置有易挥发有机溶剂，且所述回收器的侧壁上设置有与其连通的气体排放管。

进一步的技术方案在于：所述石墨烯制备坩埚下部的坩埚气泡上浮部的直径小于石墨烯制备坩埚上部的直径。

进一步的技术方案在于：所述第一惰性气体气管和第二惰性气体气管所排出的气流速率相等，第一惰性气体气管和第二惰性气体气管的外侧分别设置有惰性气体加热器和惰性气体冷却器，分别用于对进入第一惰性气体气管内的惰性气体进行预热并对进入第二惰性气体气管内的惰性气体进行冷却。