[发明专利]一种超声相控阵设备用于三维石墨烯的制备

权利要求书

1.一种超声相控阵设备用于三维石墨烯的制备，其特征在于：

所述超声相控阵设备包括超声波发射器控制系统和壁内布满超声发射器的原料池，超声波发射器控制系统包括相连接的计算机（1）和控制器（2）；原料池由上下盖（3）、外壁（5）和内槽（6）组成，上下盖（3）通过螺丝孔定位并连接到外壁（5）上，上下盖（3）和外壁（5）上都均匀安装有超声发射器阵列（4），内槽（6）四周紧贴外壁，用于盛放溶液；所述控制器（2）与超声波发射器阵列（4）通过有线或无线方式进行通讯连接；

所述超声波发射器阵列（4）在溶液池各个面壁上的均匀分布满足以下条件：任意两相对面壁上的发射器在数量和位置上完全一致，两两相对的超声波发射器构成一对，每一对超声波发射器所发射声波的轴线分别重合，所有声波发射方向指向原料池内部，并形成超声驻波；同一面壁上任意两个探头之间的距离相等，这一距离的数值在不同面壁上的数值是相等的；

每一对超声发射器的作用是在控制器（2）控制下发射两列方向相反，频率和相位相同的超声波，在轴线方向形成一列稳定的驻波，那么如果面壁上所有的探头对都处于工作状态，将会在原料池的腔体的三维空间中形成一个稳定的超声驻波声场，通过改变发射频率和不同超声发射器的开关状态，将在原料池的腔体中形成不同的超声驻波声场；

要求工作时超声波的波长必须满足同一个面上相邻的超声波发射器之间的距离是驻波相邻波节间距离的整数倍，这样不同驻波的驻波点重合，在三维空间中才能避免不同方向上的驻波相互干扰；

所述的超声相控阵设备制备三维石墨烯的方法，通过在原料池的腔体中加入载体微球均匀分散液和氧化石墨烯均匀分散液的混合溶液，利用原料池的腔体面壁上超声发射器对在原料池的腔体内形成的稳定超声驻波声场，控制载体微球稳定于声场中驻波的波节处，通过后续处理使溶液中氧化石墨烯包覆载体微球，形成三维氧化石墨烯与微球的复合材料；再通过去除载体微球以及还原氧化石墨烯最终得到三维石墨烯；在所得到的三维石墨烯中，载体微球的位置出现相应尺寸的孔隙，孔隙间的中心距为原本载体微球间的中心距，也等于驻波场的波长，范围为0.75μm~10μm。

2.根据权利要求1所述的一种超声相控阵设备用于三维石墨烯的制备，其特征在于：每一个超声发射器所能发射的超声波频率f的范围是100MHz~1000MHz，对于内槽（6）中的溶液，超声波速度v为1500~2000m/s,那么制备的三维石墨烯孔隙间的中心距d的范围为0.75μm~10μm。