[实用新型]一种微波气体扩散法膨胀石墨膨化装置

说明书

本实用新型涉及石墨膨化装置技术领域，尤其是一种微波气体扩散法膨胀石墨膨化装置，包括竖直放置的微波激励腔，所述微波激励腔外部环绕有若干个微波源，微波激励腔内部设有炉管，炉管顶部设有膨胀石墨输出管道，炉管底端通过可膨胀石墨气体输送管道连接有可膨胀石墨粉体与气流涡旋混合装置，可膨胀石墨粉体与气流涡旋混合装置进料口处连接有三通管，所述三通管另外两个端口分别连接有可膨胀石墨进料管道、进气管道，所述进气管道连接有吹气装置。本装置升温时间短，石墨层间化合物在极短时间内分解爆炸，形成的膨胀石墨膨化效果好，生产前没有升温过程，停止生产也没有降温过程，生产过程即开即停，能耗低，炉体表面温度低，工作环境好。

技术领域

本实用新型涉及石墨膨化装置技术领域，尤其涉及一种微波气体扩散法膨胀石墨膨化装置。

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。

石墨烯具有优异的光学、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。

现阶段石墨烯的主要生产方式有机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法和化学气相沉积法(CVD)。

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。这种方法操作简单，得到的石墨烯通常保持着完整的晶体结构。但是其可控性较低，难以实现大规模合成。

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。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高。

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。这是目前生产石墨烯薄膜最有效的方法。这种方法制备的石墨烯具有面积大和质量高的特点，但现阶段成本较高，工艺条件还需进一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄，因此大面积的石墨烯薄膜无法单独使用，必须附着在宏观器件中才有使用价值，例如触摸屏、加热器件等。作为工业味精的石墨烯，石墨烯膜使用范围很受限制。

石墨烯在下游产业中应用最为广泛的是石墨烯粉体，现在常规的生产方式是氧化还原法。氧化还原法是通过使用硫酸、硝酸等化学试剂及高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化，增大石墨层之间的间距，在石墨层与层之间插入氧化物，制得氧化石墨(Graphite Oxide)。然后将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧化石墨粉体。通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制得氧化石墨烯。最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯(RGO)。这种方法操作简单，产量高，但是产品质量较低。氧化还原法使用硫酸、硝酸等强酸，存在较大的危险性，又须使用大量的水进行清洗，带大较大的环境污染。

石墨晶体具有由碳元素组成的六角网平面层状结构。层平面上的碳原子以强有力的共价键结合，而层与层间以范德华力结合，结合非常弱，而且层间距离较大。因此，在适当的条件下，酸、碱金属、盐类等多种化学物质可插入石墨层间，并与碳原子结合形成新的化学相，石墨层间化合物(Graphite Intercalation on Compounds,简称GIC)。这种层间化合物在加热到适当温度时，可瞬间迅速分解，产生大量气体，使石墨沿轴方向膨胀成蠕虫状的新物质，即膨胀石墨。未膨胀的石墨层间化合物就是可膨胀石墨。

现有的可膨胀石墨膨化炉需要先将炉温升高到1000℃以上，然后将可膨胀石墨，在气氛的保护下，加料膨化，设备能耗高，升温和降温时间长。

处于常温状态的物料进入炉体内，通过热传导加热到1000℃以上，时间长，膨化效果不好，现在主要用于膨胀石墨密封件制造，不能满足石墨烯的生产前驱原料要求。

实用新型内容