[发明专利]一种石墨烯的制备方法及量产装置

说明书

本发明的一种石墨烯的制备方法及量产装置，包括以下步骤：将石墨粉、弱酸或弱碱和水加入至微波反应釜内，搅拌润湿后得到石墨悬浊液，在微波反应釜内由微波剥，进入机械剥离装置机械剥离，并根据需要循环微波和/或机械剥离，得到石墨烯悬浊液，经清洗干燥装置抽滤、洗涤、干燥得到石墨烯粉末，弱酸或弱碱为单宁酸、葡萄糖酸钠、双氧水中的一种或几种；所述石墨粉、弱酸或弱碱、水的比例为1‑10g：0.1‑1g：0.5‑1L，机械剥离时温度为60℃以下。不需要引入强酸、强碱和强氧化剂对石墨/石墨烯进行氧化或插层，不仅原材料安全环保，取材广泛，成本低，制备过程不产生废酸、废水、废气，无污染，而且可规模化量产，设备成本低。

技术领域

本发明涉及制备石墨烯的技术领域，特别涉及一种快速而环保的石墨烯的制备方法及量产装置。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨粉中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯常见的生产方法为SiC外延生长法、化学气相沉积法(CVD)、机械剥离法、氧化还原法。

SiC外延法是通过在超高真空的高温环境下，使硅原子升华脱离材料，剩下的C原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯；化学气相沉积法即(CVD)是使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法。这两种方法属于从下往上方法，石墨烯从无到有，可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高、成本高、产量小。

机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料的方法；氧化还原法是通过使用硫酸、硝酸等化学试剂及高锰酸钾等氧化剂将天然石墨粉氧化，增大石墨粉层之间的间距，在石墨粉层与层之间插入氧化物，制得氧化石墨粉(Graphite Oxide)，再对氧化石墨粉粉体进行剥离，制得氧化石墨烯，最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到还原氧化石墨烯(RGO)，这两种方法属于从上往下方法，石墨层数从厚到薄，机械剥离法生产效率低，无法工业化量产，氧化还原法需要执行石墨烯原料的功能化(羧化、环氧化、羟基化)，引入强酸、强碱或强氧化剂对石墨粉进行化学氧化或化学插层，但强酸和强碱的安全性和环保性非常差，

综上，由于现有石墨烯制备方法存在成本高、安全和环保性差、无法量产等问题，制约了石墨烯的应用和发展。

发明内容

为了解决现有石墨烯制备方法的上述问题，本发明提供一种石墨烯的制备方法及量产设备。

本发明的技术方案：

一种石墨烯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将石墨粉、弱酸或弱碱和水加入至容器内，搅拌润湿后得到石墨悬浊液，经由微波剥离和机械剥离构成的剥离组合得到石墨烯悬浊液，经洗涤、抽滤，干燥得到石墨烯粉末；

所述弱酸或弱碱为单宁酸、葡萄糖酸钠、双氧水中的一种或几种；

所述石墨粉、弱酸或弱碱、水的比例为1-10g：0.1-1g：0.5-1L，搅拌和机械剥离时温度为60℃以下。

一种石墨烯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将石墨、弱酸或弱碱、和水加入至石墨机械剥离装置内，进行机械剥离的同时润湿，然后再微波剥离得到石墨烯悬浊液，最后经抽滤、洗涤、干燥得到石墨烯粉末；

所述弱酸或弱碱为单宁酸、葡萄糖酸钠、双氧水中的一种或几种；