[实用新型]用于制备石墨烯的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于石墨烯制备技术领域，特别涉及一种用于制备石墨烯的装置。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈•K•海姆(Andre K.Geim) 等采用机械剥离法首次制备得到石墨烯(Graphene)，由此拉开了该材料制备、运用研究的序幕。所谓石墨烯，是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体，通常由单层或多层石墨片层构成，可在二维空间无限延伸，可以说是严格意义上的二维结构材料。其具有比表面积大、导电导热性能优良、热膨胀系数低等突出优点。具体而言，其优势至少包括：高的比表面积(理论计算值：2630m²/g)；高导电性、载流子传输率 (200000cm²/V•s)；高热导率 (5000W/mK)；高强度，高杨氏模量(1100GPa)，断裂强度 (125GPa)。因此其在储能领域、热传导领域以及高强材料领域具有极大的运用前景。

现有的制备石墨烯的方法主要有微机械剥离法、超高真空石墨烯外延生长法、氧化-还原法、化学气相沉积法(CVD)、溶剂剥离法、电解法和溶剂热法。在这一系列方法中，氧化-还原法是目前最大批量制备石墨烯的方法中运用最广泛的方法。

然而，采用氧化还原法制备石墨烯时，在还原阶段，为了充分的剥离氧化石墨烯片层、并将片层上的含氧官能团去除，往往在反应过程中，需要施加高温、高真空的气氛，高温高真空时，需要的设备结构较为复杂，而且成本较高，同时反应过程中的生产成本也相对较高，从而使得该方法制备石墨烯的成本较高，限制了石墨烯更广泛的使用。

有鉴于此，确有必要开发一种新的用于制备石墨烯的装置，该装置结构简单，制造成本低，而且能够得到性能优良的石墨烯。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种新的用于制备石墨烯的装置，该装置结构简单，制造成本低，而且能够得到性能优良的石墨烯。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

用于制备石墨烯的装置，包括支架、炉体和设置于所述炉体内的炉管，所述炉体设置于所述支架上，所述炉管至少包括第一管道和第二管道，所述第一管道的等效管半径小于所述第二管道的等效管半径，所述第一管道内设置有阀门，所述第一管道的外壁与所述炉体之间设置有第一加热组件，所述第二管道的外壁与所述炉体设置有第二加热组件，并且所述第二管道内的温度大于所述第一管道内的温度。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述阀门连接有阀门开关，并且所述阀门开关伸出于所述炉体之外。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述第一管道位于所述第二管道的上方。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述第二管道的靠近所述支架的一侧设置有密封件。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述第一加热组件和所述第二加热组件均设置为加热丝。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述第一管道通过第一连接管连接有压缩机，并且所述第一连接管上设置有第一开关。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述第二管道通过第二连接管连接有真空泵，所述第二连接管上设置有第二开关。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述第一管道通过第一连接管连接有压缩机，并且所述第一连接管上设置有第一开关；所述第二管道通过第二连接管连接有真空泵，所述第二连接管上设置有第二开关。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述第一加热组件和所述第二加热组件均与温控箱连接。

作为本实用新型用于制备石墨烯的装置的一种改进，所述第一管道和所述第二管道均连接有惰性气体。

使用时，将氧化石墨从第一管道的远离第二管道的一端加入第一管道内，加热，使得氧化石墨升温，然后打开阀门，使得氧化石墨进入第二管道；由于第二管道的等效管半径大于第一管道的等效管半径，即炉管的直径瞬间变大，且第二管道内的温度大于第一管道内的温度，使得氧化石墨在进入第二管道瞬间形成负压，且氧化石墨在第二管道中充分流动，与管壁充分接触，受热充分，膨化完全，得到性能优良的石墨烯粉体。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

首先，通过管道结构设计，让氧化石墨在管道内流动的过程中自动产生负压环境，节省额外增加负压的成本，从而降低制备石墨烯的成本；其依据的原理为：

1）、理想气体的状态方程：pVm=RT，式中质量m、体积V、压力p、温度T；