[发明专利]一种制备石墨烯的设备、方法及其制得的石墨烯

说明书

本发明适用于石墨烯技术领域，包括第一进气单元，所述第一进气单元连接第一气流提速器，所述第一气流提速器连接第一气流磨，所述第一气流磨还分别连接有第一喂料机、第一磨粒仓、第一分级机，所述第一分级机与石墨烯纳米片收集仓连接，所述石墨烯纳米片收集仓通过输送机连接过渡仓，所述过渡仓通过第二喂料机连接高压呼吸机，所述高压呼吸机还连接有第二进气单元、过渡收集器、第二气流提速器、排气装置；本发明生产过程有两道生产工艺，第一道生产线是将石墨生产成石墨烯纳米片，第二道生产线是将石墨烯纳米片加工为单层、少层、多层石墨烯，两道生产线相辅相成，原材料石墨的适应性强，可以选用各种不同种类的石墨，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，尤其涉及一种制备石墨烯的设备、方法及其制得的石墨烯。

背景技术

石墨烯由平面单层碳原子排列成二维蜂巢状结构，是只有一个碳原子厚度的超薄材料。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，层间距0.335纳米，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯具有丰富的物理特性，比表面积达到2600m2/g；机械性能优异，断裂强度可达42N/m，抗拉强度和弹性模量分别为130GPa和1.0TPa，弹性延展可达20％；导热性能好，在室温下高达5300W/(m·K)；透明度高，吸光率仅为2.3％。同时石墨烯还具有优异的电化学性能，常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s)，高于碳纳米管。石墨烯其优异的光学、电学、力学、热学性质促使研究人员不断对其深入研究，随着石墨烯的制备方法不断被开发，石墨烯必将在不久的将来被广泛的应用到各领域中。

当前，石墨烯的制备方法主要有化学还原氧化石墨烯法、化学气相沉淀法、晶体外延生长法、机械剥离法等。其中化学还原氧化石墨烯法是将氧化石墨在水中进行充分剥离，再对其进行化学还原或者热还原得到石墨烯，该方法被认为是一种最有可能实现石墨烯产业化制备得重要方法。但是由于经过强氧化-还原的过程，石墨烯片层的电子共轭结构受到破坏，降低了其物理化学性能。且石墨的氧化过程中需要高温处理，或者使用水合肼、硼氢化钠等有毒的化学物质，不仅耗能大、效率低、成本高，而且污染环境。

专利申请号为CN201610255327.2公开了“一种快速制备高质量石墨烯的方法”，将石墨粉与受热后能完全分解成气体的固态插层剂混合球磨并适当加热实现插层，然后再进行100～1200W的微波辐射处理0.05～10min，插层剂在高温下完全分解成气体，气体分子渗入石墨片层中并克服石墨片层间的范德华力，使石墨达到有效剥离。该发明具有制备过程相对简单，制造成本相对低廉，易大规模使用等优势。但是采用插层高温剥离，石墨烯不能完全剥离，只能生产出多层石墨烯或石墨烯纳米片，很难大批量生产出单层或少层的石墨烯。

专利申请号为CN201610057892.8公开了“撞击流3马赫石墨烯生产线”，它包括进料机构、加速机构、撞击机构和喷射机构，进料机构为将石墨粉输送至加速机构的装置，加速机构为将石墨粉加速至1.2马赫以上的装置，加速机构与撞击机构连接，在喷射机构的出口端设置有基板，喷射机构为将撞击后的石墨粉喷射出去并撞击在基板上的装置。该设备结构简单，生产工艺方便，而且环保无污染。但是直接撞击在基板上，基板容易磨损，同时一次性的撞击，生产不出合格的石墨烯，没有实际使用价值。

专利申请号为CN201310757079.8公开了“制备石墨烯纳米片的方法、石墨烯纳米片、石墨烯纳米片浆料和包括石墨烯纳米片的导电层”，它采用插层、微波或热处理技术，制备出膨化石墨，再气相高速碰撞生成纳米片。在插层过程中，使用化工原料，它不仅污染了石墨，同时有工业污水排放，不环保。成品是石墨烯纳米片浆料包括导电涂层，是湿料。石墨烯纳米片厚度为5nm～100nm，不是真正意义的石墨烯，它只属于石墨烯纳米片。