[发明专利]一种石墨烯表面等离子体改性处理装置及处理方法

说明书

本发明提出了一种石墨烯表面等离子体改性处理装置及处理方法，属于石墨烯表面改性技术领域，特别是涉及一种石墨烯表面等离子体改性处理装置及处理方法。解决了现有通过超声波、加热或气流等处理石墨烯的方法产率低、片层团聚严重、长时间超声造成石墨烯大量结构缺陷、需要引入较多表面活性剂或者表面活化物的问题，以及现有等离子体处理方法只能作用于石墨烯堆积的表面层的问题。它包括真空室、玻璃容器、射频电源系统、对电极和旋转机构，所述真空室为卧式结构，所述对电极为圆弧形结构，所述对电极中间放置圆筒形玻璃容器，所述玻璃容器与旋转机构相连，以及相应的处理方法。它主要用于石墨烯表面改性处理。

技术领域

本发明属于石墨烯表面改性技术领域，特别是涉及一种石墨烯表面等离子体改性处理装置及处理方法。

背景技术

等离子体技术常用于材料表面改性，石墨烯也广泛应用于各领域，在水溶液中有效分散无表面活性剂的石墨烯一直是材料科学家梦寐以求的愿望，然而由于石墨烯表面的疏水性，很难均匀分地散到水中，容易团聚，因此也限制了石墨烯的应用发展，目前主要借助超声波、加热或气流的作用得到石墨烯溶液，但这些方法制备也存在产率不高、片层团聚严重、长时间超声造成石墨烯大量结构缺陷、需要引入较多表面活性剂或者表面活化物等缺点，使得这些制备方法受到很大的制约。目前也存在石墨烯表面等离子体改性的相关研究，但一般对于石墨烯采取平铺堆积方式，等离子体只能作用于石墨烯堆积的表面层，里面的石墨烯无法实现改性处理，市场上急需一种能实现产业化生产的装置及处理方法。用于提高石墨烯表面亲水性的等离子体改性装置及处理方法，有利于实现石墨烯表面的改性处理和应用。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种石墨烯表面等离子体改性处理装置及处理方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种石墨烯表面等离子体改性处理装置，它包括真空室、玻璃容器、射频电源系统、对电极和旋转机构，所述真空室为卧式结构，所述真空室上开设有充气孔和抽气孔，所述对电极与射频电源系统相连，所述对电极为圆弧形结构，内侧圆弧部分为放电层，中间部分为绝缘层，外侧圆弧部分为屏蔽层，所述对电极中间放置圆筒形玻璃容器，所述对电极通过聚四氟乙烯块固定在真空室内壁上，并与玻璃容器中心同轴，所述玻璃容器与旋转机构相连，所述玻璃容器一端设置有通孔。

更进一步的，所述真空室上开设有屏蔽式观察窗，所述真空室包括真空室本体和真空室封头，所述真空室本体和真空室封头为可拆卸连接。所述真空室为卧式矩形结构，长度为1500mm，宽度为1200mm，高度为1000mm。

更进一步的，所述玻璃容器包括容器本体和容器封头，所述容器本体和容器封头为可拆卸连接。所述玻璃容器长度为1000mm，内径为600mm，厚度为5mm。

更进一步的，所述充气孔与通气控制系统相连，所述抽气孔与抽气控制系统相连。

更进一步的，所述旋转机构包括旋转轴和主动电机，所述主动电机的输出端与旋转轴相连，所述旋转轴与玻璃容器相连。

更进一步的，所述射频电源系统的最大功率为1000W，频率为13.56MHz。

更进一步的，所述放电层为304不锈钢材质，所述绝缘层为聚四氟乙烯材质，所述屏蔽层为304不锈钢材质。

更进一步的，所述放电层厚度为3mm，所述绝缘层厚度为50mm，所述屏蔽层厚度为3mm。

本发明还提供了一种石墨烯表面等离子体改性处理方法，它包括以下步骤：

步骤一：将待处理的石墨烯装入玻璃容器内，关闭容器封头和真空室封头，启动抽气控制系统，保持真空室的本底真空度0.01－1Pa；

步骤二：打开通气控制系统，向真空室内充入混合气体，维持真空室的抽气和充气状态，使真空室内的工作真空度保持稳定在10～20Pa，开启射频电源系统，使辉光放电区束缚在玻璃容器内；