本实用新型涉及石墨烯制备领域，具体的涉及一种环保、安全、高效的量产石墨烯的设备。
背景技术：
石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石。在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋予了石墨烯良好的导电性。石墨烯是新一代的透明导电材料，在可见光区，四层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当，在其它波段，四层石墨烯的透过率远远高于ITO薄膜。
石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜。人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72％-81％的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。
石墨烯独特的性能与其电子能带结构紧密相关。以独立碳原子为基，将周围碳原子产生的势作为微扰，可以用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分布。在狄拉克点(Dirac Point)附近展开，可得能量与波矢呈线性关系(类似于光子的色散关系)，且在狄拉克点出现奇点(singularity)。这意味着在费米面附近，石墨烯中电子的有效质量为零，这也解释了该材料独特的电学等性质。
由于石墨烯上述非同寻常的热学、力学、电学、化学物理的突出性能以及极好的稳定性，因此制备石墨烯的工艺成为业内研究的重点。然而，现有生产石墨烯的工艺和设备，具有以下缺点：
1、采用PVD、CVD等方法，产量小、投资大、条件高。
2、化学氧化法，需使用到强氧化剂和插层剂(KMnO4、H2SO4、HNO3等)、重金属等，会造成严重的环境压力，每生产1T产品，会产生10T的反洗废水。同时，HNO3等物质还会带来爆炸危险。
3、需要进行预处理，例如浙大高超等人的技术，以强酸(H2SO4，HNO3)作为插层剂，氧化剥离石墨，需要在低温下预处理24h。
因此，现有的工艺设备仍存在有效率低、污染大、耗时长、危险系数高的缺点。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型提供一种快捷、环保、安全的量产石墨烯的工业规模化生产设备。
本实用新型技术方案如下：
一种采用微波辐照一步法量产石墨烯的设备，其特征在于包括反应釜，所述反应釜的釜顶设置有微波源，所述微波源连接有波导装置且所述波导装置延伸入反应釜内；所述反应釜连通氧化剂或插层剂与石墨的输送装置。
优选的所述微波源为2450Hz或915Hz。
优选的波导装置深入反应釜1/2到4/5的深度。
优选的所述反应釜容纳0.5-1.5t原料，反应釜材料为搪瓷。
进一步的，所述反应釜还连通促进剂与催化剂输送装置。
所述反应釜还包括搅拌器。
所述氧化剂或插层剂与石墨的输送装置包括氧化剂或插层剂的容器、石墨容器以及连接两个容器的预混装置，所述预混装置出口连接通向所述反应釜的管道。
还包括控制微波源及各装置启动、结束和运行参数的控制装置。
采用上述设备，首先将氧化剂或插层剂之一与石墨混合成悬浊液，然后可选择的加入氧化催化剂以及剥离促进剂，在常温常压微波辐照下，同步进行氧化插层及剥离，制成氧化石墨烯。
进一步的，制成氧化石墨烯后，再加入3-5mg/ml的NMP，利用微波还原成石墨烯。
优选的所述氧化剂为高铁酸盐类或双氧水。
优选的所述插层剂为H2SO4，HNO3，FeCl3或P2O5中一种或几种。
优选的所述悬浊液中石墨的量为5-15mg/公升，所述氧化剂或插层剂的量为石墨的3-10％。
所述石墨优选为325目的鳞片石墨或人造石墨。
所述氧化催化剂为稀土或稀土氧化物例如铈，所述剥离促进剂为萘或萘的衍生物例如菎，各自的量为石墨原料的质量的0.5-1％。
在现有的石墨烯生产中，根据理论研究和普遍认知，均采用先进行氧化、插层，然后再进一步剥离的手段，不仅需要大量的高污染性的氧化剂和插层剂，而且需要长时间的氧化、插层预处理才能进行高温剥离。本实用新型通过研究发现，由于石墨本身微观结构中存在结构不规则的活性点，事实上，在少量氧化剂或插层剂存在的情况下，直接给予微波辐照，即可因为活性点作为偶极子被微波辐照产生响应，快速引发氧化插层，进一步的即可实现剥离，从而简单的实现石墨到单层或寡层氧化石墨烯的氧化插层加剥离过程，一方面区别于现有氧化剂和插层剂二者都需要且长时间的预处理工艺方式，重污染物质的使用大幅减少；而且，通过微波辐照，釜内发生的氧化、插层、剥离均能在常温常压下实现，无需外加压力与温度。进一步的，选用的氧化剂和插层剂可以为相对环保型。
总体而言，本实用新型开创了在现有常用氧化剂和插层剂中仅需择一种使用即可在微波辐照下实现氧化连带插层最终剥离的效果，且可以进一步选取相对环保的高铁酸盐等氧化剂或插层剂，大幅减少环境污染负荷，工艺过程无需加热加压，免除了预处理的步骤，氧化、插层、剥离包括还原可在反应釜中一步(一锅)完成，总耗时仅需30min到一小时左右，能量耗费少，省时且安全，实现了一种环保、安全、高效的量产石墨烯的设备。
附图说明
图1为本实用新型实施例设备示意图。
图中各标号列示如下：
1-反应釜，2-波导装置，3-悬浊液，4-控制装置，5-预混装置，6-氧化剂或插层剂的容器,7-石墨容器，8-促进剂容器，9-催化剂容器；
M-搅拌器，A-微波源A，B-微波源B。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型进行进一步的解释。
实施例1
如图1所示，本实施例的设备包括反应釜1，可容纳1t原料，反应釜1材料为搪瓷。所述反应釜的釜顶设置有微波源A和微波源B，分别连接有波导装置2且所述波导装置2延伸入反应釜1内1/2的高度；所述反应釜1连通氧化剂或插层剂与石墨的输送装置，其中所述氧化剂或插层剂与石墨的输送装置包括氧化剂或插层剂的容器6、石墨容器7以及连接两个容器的预混装置5，所述预混装置5出口连接通向所述反应釜1的管道。所述反应釜1还连通促进剂容器8和催化剂容器9。
本实施例还包括控制微波源及各装置启动、结束和运行参数的控制装置4。具体运行时，首先将计量装置与微波辐照反应釜1进行生产前检查，状况良好。将氧化剂或插层剂的容器6中的高铁酸钾氧化剂溶液与石墨容器7中的250-450目的天然鳞片石墨先在预混装置5内简单预混，然后输送到反应釜1中与去离子水混合制成悬浊液3，悬浊液3中石墨的量为10mg/公升，所述高铁酸钾氧化剂的量为石墨的3％，再分别加入石墨质量0.5％的稀土铈以及萘，启动微波源A和微波源B，其频率为2450Hz，置于900W功率输出30min即制得单层氧化石墨烯。
实施例2
首先制备氧化石墨烯，设备与过程同实施例1，插层剂采用有效物质为石墨质量的10％的FeCl3，催化剂为石墨质量1％的氧化镧，剥离促进剂为石墨质量1％的蒽。然后向反应釜1中加入4mg/ml的NMP，再启动微波辐照1000W，利用微波的选择加热机制进一步在30min内还原为单层石墨烯。
实施例3
本实施例氧化剂采用有效物质为石墨质量的5％的双氧水，催化剂为石墨质量1％的氧化铈，剥离促进剂为石墨质量0.5％的萘，其它设备和步骤同实施例1或2。
实施例4
本实施例设备与前述实施例的区别在于，不包括促进剂和催化剂的容器，仍可在1-2小时左右得到产品。
以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等，例如反应釜容积、其它原料输送、存储和控制设备等的替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。