[发明专利]一种旋流梯度剪切流场石墨烯剥离装置

说明书

一种旋流梯度剪切流场石墨烯剥离装置，包括定子和转子，定子内形成空腔，定子上端外侧设置有进料管道，定子下端中部设置有出料管道；转子设置在定子的密闭空腔中，转子的上端设置有转轴，转轴安装在定子上并与传动装置连接；定子空腔内壁和转子上均分布有空化盲孔。转子高速旋转，通过空化盲孔产生空化，利用高剪切和空化效应，石墨颗粒在旋流离心力场作用下富集在外套层，强化了颗粒之间的碰撞作用等。通过多重叠加作用，可更有效的克服石墨颗粒中石墨烯片层间的范德华力，有效剥离石墨烯，大大提高石墨烯的制备效率。本发明利用旋流梯度剪切流场，使石墨颗粒以平行于剪切面的方式被剪切，剥离后的石墨烯随液体流出装置，避免破坏大面积石墨烯。

技术领域

本发明涉及一种通过水力空化产生高速剪切梯度流场在液相中剥离石墨制备石墨烯的装置，属于石墨烯制备技术领域。

背景技术

由于具有超薄、二维性质及前所未有的特性，石墨烯将在许多领域找到商业应用，从高频电子到智能涂料。石墨烯制备方法有很多，包括微机械剥离、化学氧化剥离还原、化学气相沉积和液相剥离法等。

中国专利文献CN102765717A公开了一种通过超临界在瞬间释放的压力使石墨层间发生膨胀制备石墨烯的方法。CN107217305A公开了一种液相剥离法制备二维材料的装置，将超声波破碎工作头与高剪切均质装置联合使用对溶剂中的层型块状晶体材料进行剥离破碎，其高剪切均质装置为传统搅拌桨提供高速剪切。CN104692363B公开了一种超重力法制备石墨烯的方法，在超重力旋转床中剥离预处理石墨，得到石墨烯。CN104477882B公开了一种涡流式石墨烯剥离装置，内筒的内壁面上紧密排布有用于剥离石墨片的剪切刀片，内筒下端到外筒下端之间设置涡轮，内筒由于涡轮的高速旋转在的内壁形成高强剪切作用，石墨从内筒下端进入，从内筒上端流出内筒，经外筒后再进入内筒，如此反复循环。

包括上述技术的现有液相剥离石墨烯的方法普遍存在可控性差、不适合连续性规模化生产等不足。

发明内容

本发明针对现有石墨烯制备技术存在的不足，提供一种可控性好、高效、适合连续性规模化生产的旋流梯度剪切流场石墨烯剥离装置。

本发明的旋流梯度剪切流场石墨烯剥离装置，采用如下技术方案：

该装置，包括定子和转子，定子内形成密闭空腔，定子上端外侧设置有进料管道，定子下端中部设置有出料管道；转子设置在定子的密闭空腔中，转子的上端设置有转轴，转轴安装在定子上并与传动装置连接；密闭空腔内壁和转子上均分布有空化盲孔。

所述传动装置包括电机和联轴器，电机通过联轴器与转轴连接，带动转子在定子内转动。

所述定子上端设置有对称分布的两条进料管道，以保证进料均匀以及保证装置受力平衡。

所述转子与密闭空腔各处的间隙均为3-50mm，以保证剪切及空化效应。

所述密闭空腔底部固定设置有同心圆分布的嵌筒，转子上设置有同心圆分布的槽道，嵌筒间隙地插装在转子对应的槽道中，槽道侧壁以及嵌筒侧壁上均分布有空化盲孔。这种嵌装方式可大幅提高石墨烯剥离效果。

所述嵌筒与槽道内且各处间隙均为3-50mm，转子的外围与密闭空腔内壁的各处间隙也均为3-50mm，以保证剪切及空化效应稳定出现。

所述转轴带动转子以1000-6000rpm的转速旋转。

所述空化盲孔的直径与深度比例为1:3。

所述空化盲孔的深度为60mm，直径为20mm。

上述装置中，转子高速旋转，通过空化盲孔产生空化，利用高剪切和空化效应，石墨颗粒在旋流离心力场作用下富集在外套层，强化了颗粒之间的碰撞作用等。通过多重叠加作用，可更有效的克服石墨颗粒中石墨烯片层间的范德华力，有效剥离石墨烯，大大提高石墨烯的制备效率。