[实用新型]一种采用微波辐照一步法量产石墨烯的设备

说明书

一种采用微波辐照一步法量产石墨烯的设备，所述设备包括反应釜，釜顶设置有微波源，所述微波源连接有波导装置且所述波导装置延伸入反应釜内。本实用新型在具有严重污染的氧化剂或插层剂中仅需择一种使用即可实现氧化连带插层的功能，大幅环境污染负荷，且可选取相对环保的高铁酸盐等氧化剂或插层剂，工艺过程无需加热加压，免除了预处理的步骤，氧化、插层、剥离包括还原可在反应釜中一步(一锅)完成，总耗时仅需30min到一小时左右，能量耗费少，省时且安全，实现了一种环保、安全、高效的量产石墨烯的设备。

技术领域

本实用新型涉及石墨烯制备领域，具体的涉及一种环保、安全、高效的量产石墨烯的设备。

背景技术

石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石。在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋予了石墨烯良好的导电性。石墨烯是新一代的透明导电材料，在可见光区，四层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当，在其它波段，四层石墨烯的透过率远远高于ITO薄膜。

石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜。人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72％-81％的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。

石墨烯独特的性能与其电子能带结构紧密相关。以独立碳原子为基，将周围碳原子产生的势作为微扰，可以用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分布。在狄拉克点(DiracPoint)附近展开，可得能量与波矢呈线性关系(类似于光子的色散关系)，且在狄拉克点出现奇点(singularity)。这意味着在费米面附近，石墨烯中电子的有效质量为零，这也解释了该材料独特的电学等性质。

由于石墨烯上述非同寻常的热学、力学、电学、化学物理的突出性能以及极好的稳定性，因此制备石墨烯的工艺成为业内研究的重点。然而，现有生产石墨烯的工艺和设备，具有以下缺点：

1、采用PVD、CVD等方法，产量小、投资大、条件高。

2、化学氧化法，需使用到强氧化剂和插层剂(KMnO₄、H₂SO₄、HNO₃等)、重金属等，会造成严重的环境压力，每生产1T产品，会产生10T的反洗废水。同时，HNO₃等物质还会带来爆炸危险。

3、需要进行预处理，例如浙大高超等人的技术，以强酸(H₂SO₄，HNO₃)作为插层剂，氧化剥离石墨，需要在低温下预处理24h。

因此，现有的工艺设备仍存在有效率低、污染大、耗时长、危险系数高的缺点。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种快捷、环保、安全的量产石墨烯的工业规模化生产设备。