本发明为涉及一种生产石墨烯的装置及其方法，尤指一种快速生产石墨烯的装置及其方法。
背景技术：
石墨烯(graphene)为目前最薄且最坚硬的纳米材料，一般来说，石墨烯的取得方式可借由多种的分离技术来将石墨的碳层进行拆层而取得。
如中国台湾发明专利公开第201522214号，提出一种纳米石墨烯片的制备方法，包含：一插层氧化步骤，是将一石墨材料与至少一插层剂及至少一氧化剂的混合物进行插层氧化反应，而形成一石墨氧化物；一热剥离步骤，将该石墨氧化物取出，并将该石墨氧化物接触一热源，使该石墨氧化物借由膨胀或剥离分解为多个纳米石墨片结构；一机械剥离步骤，将该等纳米石墨片结构悬浮于一液体，并对该液体施以一机械剪切力，使该等纳米石墨片结构的横向尺寸及厚度缩减，而剥离成为多个纳米石墨烯片，且该等纳米石墨烯片与该液体形成一纳米石墨烯片悬浮液；一干燥步骤，将该纳米石墨烯片悬浮液干燥而分离出纳米石墨烯片；以及一还原及热处理步骤，是将纳米石墨烯片放置于通入一还原气氛，并将温度升高至一热处理温度的环境下，以降低该等纳米石墨烯片的含氧量，并减少晶格缺陷。
或如中国台湾发明专利公告第i522314号，提出一种规模化量产石墨烯及石墨烯氧化物的制造设备，其包含：第一电极，其为包含石墨初始材料的电极座，第二电极，其为包含石墨初始材料的电极座、一金属、或包含石墨与金属的混合物，及一电解槽，其中填充电解液，设置该第一电极及该第二电极于该电解液中且与一电源供应器连接，其中该电源供应器提供第一偏压及第二偏压，及一过滤与分离产物的模块，用于收集石墨烯及石墨烯氧化物产物。
于以上现有技术之中，中国台湾发明专利公开第201522214号以氧化还原方式所获得的石墨烯结构通常为不完整，即拆解过程中部分的结构破损，如此将造成石墨烯导电性或导热性不佳。中国台湾发明专利公告第i522314号以电解方式进行石墨烯拆解的过程中，由于操作窗口小，当要进一步控制拆层后石墨烯的层数越少时，所导通的电流也相对越小，使石墨烯的电解拆层速度明显降低而造成生产速度较慢的缺点。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提出一种生产石墨烯的装置及其方法，以解决现有石墨烯的制备方式易破坏石墨烯结构以及生产速度不佳的问题。
为达上述目的，本发明提供一种生产石墨烯的装置，是针对一将一石墨与一溶剂混合而成的混合溶液进行处理，该装置包含一密封腔体、一加压单元、一高压喷嘴以及一加热单元，该密封腔体容置该混合溶液，该加压单元与该密封腔体连通，提供一压力至该密封腔体以对该混合溶液进行一加压行程，而使该溶剂的一第一部分渗入该石墨的一层间间隙，该高压喷嘴与该密封腔体连通，将完成该加压行程的该混合溶液自该密封腔体排出而使该溶剂的一第二部分渗入该石墨的该层间间隙，该加热单元与该高压喷嘴连通，对自该密封腔体排出的该混合溶液进行一加热行程，使渗入该石墨内的该些溶剂汽化且产生一向外推力而形成一石墨烯。
其中，该加压行程具有一介于100mpa至600mpa之间的压力。
其中，该加热行程具有一介于60℃至300℃之间的加热温度。
其中，该高压喷嘴具有一介于50μm至2000μm之间的孔径。
其中，更包含一与该加热单元连通的收集单元以及一设置于该收集单元与该加热单元之间的分离单元。
其中，该加热单元包含一供该石墨烯通过的石英管以及一围绕于该石英管外的铜管。
为达上述目的，本发明另提供一种生产石墨烯的方法，包含以下步骤：
将一石墨与一溶剂混合而形成一混合溶液，并将该混合溶液注入一密封腔体；
通过一提供一压力至该密封腔体的加压单元对该混合溶液进行一加压行程，以使该混合溶液中的该溶剂的一第一部分渗入该石墨的一层间间隙；
通过一高压喷嘴将完成该加压行程的该混合溶液自该密封腔体排出而使该溶剂的一第二部分渗入该石墨的该层间间隙；以及
通过一加热单元对自该高压喷嘴排出的该混合溶液进行一加热行程，使渗入该石墨内的该些溶剂汽化且产生一向外推力而形成一石墨烯。
其中，该加压行程具有一介于100mpa至600mpa之间的压力。
其中，该加热行程具有一介于60℃至300℃之间的加热温度。
其中，该高压喷嘴具有一介于50μm至2000μm之间的孔径。
由以上可知，本发明相较于现有技术可达到的功效在于，本发明利用该加压单元和该高压喷嘴分别对该混合溶液先加压后泄压，以使更多的该溶剂分批渗入该石墨的该层间间隙，再利用该加热单元对该混合溶液进行该加热行程，以使渗入该石墨内的该些溶剂汽化且产生该向外推力而形成该石墨烯，故本案可得到结构完整的石墨烯且生产石墨烯的速度和产量大幅增加。
附图说明
图1为本发明一实施例中，生产石墨烯的装置示意图。
图2，为本发明一实施例中，生产石墨烯的步骤流程图。
其中，附图标记：
密封腔体10
加压单元20
高压喷嘴30
加热单元40
存料桶50
第一控制阀60
第二控制阀70
分离单元80
收集单元90
具体实施方式
涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
请搭配参阅图1所示，为本发明一实施例的生产石墨烯的装置示意图，本发明为一种生产石墨烯的装置，是针对一混合溶液进行处理，该混合溶液由一石墨与一溶剂混合而成，该装置包含一密封腔体10、一加压单元20、一高压喷嘴30以及一加热单元40，该密封腔体10用于容置该混合溶液，该加压单元20与该密封腔体10连通，且提供一压力至该密封腔体10以对该混合溶液进行一加压行程而使该溶剂的一第一部分渗入该石墨的一层间间隙，于一实施例中，该加压单元20所提供的该加压行程具有一介于100mpa至600mpa之间的压力；于一较佳实施例中，该加压行程具有一介于200mpa至400mpa之间的压力。
该高压喷嘴30与该密封腔体10连通，将完成该加压行程的该混合溶液自该密封腔体10排出而使该溶剂的一第二部分渗入该石墨的该层间间隙，于本实施例中，该高压喷嘴30具有一介于50μm至2000μm之间的孔径，其中该高压喷嘴30的材质可为钻石、六方氮化硼单晶、碳化硅单晶、蓝宝石单晶。
该加热单元40与该高压喷嘴30连通，对自该高压喷嘴30排出的该混合溶液进行一加热行程，使渗入该石墨内的该些溶剂汽化且产生一向外推力而将该石墨拆解成一石墨烯，其中该向外推力远大于该石墨的该层间间隙的凡德瓦尔力。于本实施例中，该加热单元40包含一石英管41以及一铜管42，该石英管41供该石墨烯通过，该铜管42围绕于该石英管41外围且与一高周波加热机连接，该高周波加热机和该铜管42利用一交变电磁感应加热原理使该加热行程具有一介于60℃至300℃之间的加热温度，其中该石英管41内的升温速率介于10℃/sec至30℃/sec之间，以上该加热单元40仅举该石英管41搭配该铜管42为例，只要能提供该加热温度的加热装置即可，不以此为限。
于本发明中，该生产石墨烯的装置更包含一存料桶50、一第一控制阀60、一第二控制阀70、一分离单元80以及一收集单元90，该存料桶50与该密封腔体10连通，用于存放该混合溶液，该第一控制阀60设置于该存料桶50与该密封腔体10之间，用于控制由该存料桶50流入该密封腔体10中该混合溶液的流量，该第二控制阀70设置于该密封腔体10与该高压喷嘴30之间，用于控制由该密封腔体10流入该高压喷嘴30中该混合溶液的流量，该收集单元90与该加热单元40连通且用于收集该石墨烯，例如静电收集器，该分离单元80设置于该收集单元90与该加热单元40之间，例如旋风分离器，该分离单元80可针对自该加热单元40排出的该石墨烯依据不同厚度进行分离，该收集单元90则将分离后厚度小于3纳米(<10层)的该石墨烯进行收集。于一实施例，该密封腔体10、该加压单元20、该高压喷嘴30、该加热单元40、该存料桶50、该第一控制阀60、该第二控制阀70、该分离单元80以及该收集单元90是由一导通管路进行连通。
请搭配参阅图2所示，为本发明一实施例的生产石墨烯的步骤流程图，本发明为一种生产石墨烯的方法，包含以下步骤：
步骤s1：先将一石墨与一溶剂混合而形成一混合溶液，并将该混合溶液注入该密封腔体10，于本实施例中，该溶剂可为n-甲基吡咯烷酮(n-methyl-2-pyrrolidone，简称nmp)、四氢呋喃(tetrahydrofuran，简称thf)、甲苯(toluene)、乙酸乙酯(ethylacetate)、异丙醇(isopropanol)、乙醇(ethanol)、丙酮(acetone)、丁酮(methylethylketone，简称mek)、三氯甲烷(chloroform)、2-氨基丁烷(2amino-butane)或纯水分别与十二烷基苯磺酸钠(sodiumdodecylbenzenesulfonate，简称sdbs)、聚苯乙烯磺酸酯(polystyrenesulfonate)，简称pss)、聚氧乙烯辛基苯基醚(polyoxyenthyleneoctylphenylether)添加。
步骤s2：通过该加压单元20提供一压力至该密封腔体10以对该混合溶液进行一加压行程，于一实施例中，该加压行程具有一介于100mpa至600mpa之间的压力，于一较佳实施例中，该加压行程具有一介于200mpa至400mpa之间的压力，由于压力的增加，使该混合溶液中的该溶剂的一第一部分渗入该石墨的一层间间隙。
步骤s3：当该压力达到一设定压力后，开启该第二控制阀70且通过该高压喷嘴30将完成该加压行程的该混合溶液自该密封腔体10排出，其中该高压喷嘴具有一介于50μm至2000μm之间的孔径，由于自该密封腔体10排出的该混合溶液中的该石墨瞬间失压因此而膨胀，而使该溶剂的一第二部分渗入该石墨的该层间间隙，此步骤为使更多的该溶剂渗入该层间间隙。
步骤s4：该混合溶液自该高压喷嘴30排出的同时，通过该加热单元40对该混合溶液进行一加热行程，使渗入该石墨内的该些溶剂汽化且产生一向外推力而将该石墨拆解成一石墨烯，其中该向外推力远大于该石墨的该层间间隙的凡德瓦尔力。于本实施例中，该加热行程具有一介于60℃至300℃之间的加热温度。
综上所述，本发明为生产石墨烯的装置及其方法，由于本发明利用该加压单元和该高压喷嘴分别对该混合溶液先加压后泄压，以使更多的该溶剂分批渗入该石墨的该层间间隙，再利用该加热单元对该混合溶液进行该加热行程，以使渗入该石墨内的该些溶剂汽化且产生该向外推力而形成该石墨烯，故本案可得到结构完整的石墨烯且生产石墨烯的速度和产量大幅增加。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。