[发明专利]一种用于制备石墨烯的反应装置及制备石墨烯的方法

说明书

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种用于制备石墨烯的反应装置及制备石墨烯的方法，包括反应室、加热机构、天然气管、惰性气管、搅拌驱动装置和微孔曝气器，所述反应室内设置有石墨隔板，所述石墨隔板将反应室分隔为并列设置的第一反应区和第二反应区，石墨隔板上均匀设置有多个扩散孔，所述天然气管与第一反应区连通，所述微孔曝气器设置在第二反应区内，所述惰性气管与微孔曝气器连通。本发明通过高速转动的微孔曝气器在熔融的合金催化剂中形成微小气泡，让饱和的碳原子在气泡表面等温析出形成石墨烯，并随气泡飘出，即可收集制得厚度均匀、质量优秀的石墨烯，对推进石墨烯的应用和高质量生产具有重要意义。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种用于制备石墨烯的反应装置及制备石墨烯的方法。

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。石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp²杂化轨道石墨烯结构图石墨烯结构图成键，并有如下的特点：碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp²键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10^-10米，键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似)，因而具有优良的导电和光学性能。

现有的石墨烯制备装置中，如CN110790266A公开的一种石墨烯剥离装置，包括破碎筛选箱和剥离搅拌箱，破碎筛选箱设置在剥离搅拌箱上方，破碎筛选箱上设有进料口、导向支撑组件、筛选板、破碎组件和开关调节组件，进料口设置在破碎筛选箱的顶部，导向支撑组件设置在破碎筛选箱内部，筛选板放置在导向支撑组件上，破碎组件设置在破碎筛选箱的中间位置上，剥离搅拌箱上设有出料口、刮料研磨组件和搅拌组件，出料口设置在剥离搅拌箱的旁侧，刮料研磨组件和搅拌组件分别设置在剥离搅拌箱上的两侧，该装置在提高了石墨烯的剥离效率的同时还能够防止石墨烯在剥离的过程中粘附在盛装物料的筒体内部，但是该装置结构复杂，且剥离制得的石墨烯质量参差不齐，不利于石墨烯的应用。

为此，本发明提供一种结构简单，使用便捷，可以生产高质量石墨烯的反应装置及制备石墨烯的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于制备高质量石墨烯的反应装置及制备石墨烯的方法，通过高速转动的微孔曝气器在熔融的合金催化剂中形成微小气泡，待合金催化剂内碳原子饱和后，碳原子则会在气泡表面等温析出形成石墨烯，并随着天然气和惰性气体的持续通入，石墨烯持续生长，且随气泡飘出，即可收集得到厚度均匀、质量优秀的石墨烯，对推进石墨烯的应用和高质量生产具有重要意义。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于制备石墨烯的反应装置，包括反应室、加热机构、天然气管、惰性气管、搅拌驱动装置和微孔曝气器，所述反应室内设置有石墨隔板，所述石墨隔板将反应室分隔为并列设置的第一反应区和第二反应区，石墨隔板上均匀设置有多个扩散孔，第一反应区通过扩散孔与第二反应区连通，所述天然气管与第一反应区连通，所述微孔曝气器设置在第二反应区内，所述惰性气管与微孔曝气器连通，所述搅拌驱动装置用于控制微孔曝气器转动。