[发明专利]批量生产包括石墨烯的原子级薄二维材料的设备和方法

权利要求书

1.一种用于通过块体层状材料如石墨的分层来制造石墨烯和类似原子级层状材料的设备，所述设备包括：

主泵(112)，其用于泵送流体朝向芯部件(10)并且与芯部件(10)流体连通，所述流体是块体层状材料的颗粒的固体悬浮液；

芯部件(10)，所述芯部件包括：

具有适合于输送所述流体的主轴的流体导管(12)，其中所述流体导管布置成引导来自所述导管的流体抵靠冲击头(16)；

冲击头(16)，其具有垂直于或基本垂直于所述主轴的面；所述冲击头和所述导管被布置成使得在所述导管的靠近所述冲击头的端部和所述冲击头之间形成的环形间隙(20)，其中所述间隙形成围绕所述导管的端部的连续区域并基本上与冲击头共面；和

冲击头围绕物(26)，其使得流体在离开芯部件之前受到约束的区域得到延伸；

其中，所述冲击头包括选自氮化硅，碳化钨，碳化硅，氮化硼，氧化铝，氧化锆和金刚石的材料。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备配置为保持流体的温度在30至80℃的范围内。

3.根据权利要求1所述的设备，还包括在所述冲击头之后的压降阀(124)，以提供背压。

4.根据前述权利要求1-2中任一项所述的设备，其中，所述设备的冲击头(16)构造成能够相对于所述导管的近端(24)沿所述主轴移动，以调节所述环形间隙(20)。

5.根据前述权利要求4所述的设备，其中所述导管的近端(24)不邻接所述冲击头围绕物并且提供外环区域(204)。

6.根据前述权利要求1-2中任一项所述的设备，还包括与所述流体导管和所述主泵流体连通的冷却器，使得待处理的悬浮液在穿过所述芯部件(10)之前穿过所述冷却器并流出到所述主泵，该冷却器被构造成降低所述流体的温度。

7.根据前述权利要求1-2中任一项所述的设备，其中所述主泵(112)适于以大于1MPa的压力泵送流体朝向芯部件(10)。

8.根据前述权利要求中1-2任一项所述的设备，其中离开所述芯部件的所述流体被再循环处理或者配置为再循环回所述主泵的入口。

9.根据前述权利要求6所述的设备，其中离开所述芯部件的所述流体被再循环处理或者配置为经由所述冷却器再循环回所述主泵的入口。

10.根据前述权利要求1-2中任一项所述的设备，其中所述环形间隙(20)的尺寸为500μm至1μm。

11.根据前述权利要求1-2中任一项所述的设备，其中所述层状材料是石墨且所述原子级层状材料是石墨烯。

12.根据前述权利要求1-2中任一项所述的设备，其中悬浮所述层状材料的所述液体包含水。

13.根据前述权利要求1-2中任一项所述的设备，其中所述颗粒的尺寸范围为1μm至1000μm。

14.一种通过块体材料的分层来剥离层状材料以产生原子级层状材料的方法，所述方法包括以下步骤：提供权利要求1中所述的设备；使得层状材料在液体中的悬浮液通过所述设备。

15.根据前述权利要求14所述的方法，其中所述流体的温度保持在30至80℃的范围内。

16.根据前述权利要求14或15所述的方法，其中离开所述芯部件的所述流体被再循环处理或者配置为再循环回所述主泵的入口。

17.根据前述权利要求14或15所述的方法，其中离开所述芯部件的所述流体被再循环处理或者配置为经由权利要求5所述的冷却器再循环回所述主泵的入口。