[发明专利]碳纳米材料的生产工艺

说明书

本发明公开了一种碳纳米材料的生产工艺，包括：碳源以气体形式经碳源进气管进入一组或多组超电素流反应器进行分解；分解得到的混合物进入分离器，收集得到碳纳米材料，气体经出口排出。本发明采用超电素流对碳源放电，处理量大，能耗低，生产效率高，且产品品质高、缺陷小、合乎工业需求，生产规模可扩大。

技术领域

本发明提供了一种碳纳米材料的生产工艺。

背景技术

碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯等，其由于独特的结构及优良的力学、电学和化学等性能呈现出广阔的应用前景。其中，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。石墨烯常见的粉体生产的方法为微机械剥离法、取向附生法、外延生长法、氧化石墨还原法、化学气相沉积法（CVD）。

其中，微机械剥离法是最简单的一种方法，就是通过对石墨晶体施加机械力将石墨稀或石墨烯纳米片层从石墨晶体中分离出来。该方法工艺简单、制备成本低和样品质量高，但是这种方法存在一些缺点，如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求。

Peter W.Sutter 等采用取向附生法使用稀有金属钌作为生长基质，利用生长基质原子结构“种”出石墨烯。该方法得到的单层石墨烯表现令人满意，但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性。

外延生长法是在单晶体表面外延生长石墨层，然后通过化学刻蚀将石墨层从基片剥离。常见有两种方法，一种为SiC表面分解法，一种为分子束沉积法。采用外延生长法能够制备出1-2碳原子厚度的石墨烯，但难以获得大面积、厚度均一的石墨烯。

氧化石墨中含有环氧基、羟基，羰基和羧基等含氧基团，能溶于水及某些有机溶剂中。因此可以通过氧化石墨还原法制备石墨烯。该方法成本较低、高效环保，并且能够大规模工业化生产，但缺点在于容易导致一些物理、化学性能的损失。

化学气相沉积法首先沉积一层过渡金属（如Fe、Cu、Ni、Pt、Au等）薄膜作为衬底，利用其与C的高温固溶，然后冷却析出，再表面重构，形成石墨稀。优点是有利于制备出面积较大的石墨烯；缺点是层数精确控制较难，需要进行金属衬底剥离和衬底转移，成本较高，工艺复杂。

由此可见，碳纳米材料的生产主要面临以下几个问题：无法连续大量的生产碳纳米材料，产品品质良莠不齐，产品成本高无法广泛应用，生产过程冗长，效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中碳纳米材料生产效率低下，产品品质良莠不齐，成本高，生产过程冗长，无法连续大量生产的缺陷，提供了一种碳纳米材料的生产工艺，采用超电素流对碳源放电，处理量大，能耗低，生产效率高，且产品品质高、缺陷小、合乎工业需求，生产规模可扩大。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种碳纳米材料的生产工艺，包括：碳源以气体形式经碳源进气管进入一组或多组超电素流反应器进行分解；分解得到的混合物进入分离器，收集得到碳纳米材料，气体经出口排出；

所述碳源为含碳氢化合物的气体；

每组所述超电素流反应器由沿气流方向通过连接管道依次串联的一正极性超电素流反应器和一负极性超电素流反应器组成；

所述正极性超电素流反应器包括具有第一进口和第一出口的第一绝缘壳体，所述第一进口与所述碳源进气管连通；所述第一绝缘壳体中设置有至少一组放电组件，所述放电组件包括至少一个两面均布有放电针的PCB板和设于所述PCB板两侧的两个放电板，所述放电板与所述PCB板相对的一面均布有放电针；