[发明专利]生产石墨烯的高温高压爆裂法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯生产领域，尤其是涉及生产石墨烯的高温高压爆裂法以及生产设备。

背景技术

石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。

石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命，但是批量生产优质石墨烯是这项新材料商业开发应用的瓶颈。

现有石墨烯的生产方法在工业上主要使用酸浸发，将酸浸入石墨的分子层之间，之后将其洗出，制得石墨烯，但是此种方法中，酸不易洗净，为此造成后续步骤中，石墨烯间留有杂质，影响后续生产使用；

在实验室中石墨烯是通过胶带粘纸而成，此种方法制备的石墨烯内没有杂质，但是产量十分小，只是适用于实验室中小批量的使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高效批量制备优质石墨烯的方法，及其实现这个方法的设备，尤其适合工业中生产石墨烯。

本发明的技术方案是：

一种用于生产石墨烯的高温高压爆裂法，

S1、混合石墨、液氮和渗透辅助剂于反应釜内，形成均匀混合物；

S2、闭合反应釜；

S3、加热所述混合物；

S4、暴露所述混合物在常压下；

S5、收集石墨烯。

进一步，S1中，所述石墨与所述液氮的体积比为1：3。

进一步，S3中，所述加热的速度为匀速。

进一步，所述渗透辅助剂为双氧水。

进一步，当反应釜内压力为40MPa时，釜内温度控制在400℃

进一步，S3中，加热后，使反应釜内压力至3.4～40.0MPa之间。

进一步，一种用于包括高压釜和至少两级承压收集罩；

所述承压收集罩为顶部开放的桶状结构，至少两级的所述承压收集罩同心排布，所述高压釜位于所述收集罩的中心处；所述高压釜上设置有温控装置与压力控制装置。

进一步，所述高压釜包括减压套、温压内胆两部分；

所述温压内胆嵌设在所述减压套内部，与所述减压套旋转连接；所述温压内胆中设置有电热丝。

所述减压套上、所述温压内胆上均开设有相互对应的至少一个出料孔。

进一步，所述减压套的外侧环设有齿环，所述齿环的一侧设置有与所述齿环相互配合的主动齿轮，所述主动齿轮与电机的输出端固定连接。

进一步，所述承压收集罩的顶部设置有顶部收集罩，所述顶部收集罩为向所述收集罩中心处倾斜的环壁。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，本发明具有如下优点：

解决了石墨烯大规模生产的问题，使用液氮、蒸馏水或双氧水等液态物质，之后通过加热增压的模式，将石墨充分浸润，之后快速减压，位于石墨分子间的液氮、蒸馏水、双氧水等液态物质迅速膨胀爆破，以此制备石墨烯。

附图说明

图1是本发明的生产石墨烯设备的截面示意图。

图中：

1、减压套2、温压内胆3、高压釜

4、一级承压收集罩5、二级承压收集罩6、出料孔

7、主动齿轮8、齿环9、顶部收集罩

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。