石墨烯膨化装置的制作方法

本实用新型涉及石墨烯加工设备技术领域，尤其是涉及一种石墨烯膨化装置。

背景技术：

石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，其具有优良的导电、导热、防腐等性能。氧化还原法生产石墨烯是一种比表常见的石墨烯生产方法，在氧化还原法生产石墨烯的过程中涉及到还原过程，常用的还原方法有加热法、化学法等方式，其中尤以加热法还原比较适合大规模的生产。传统的加热方法为电阻丝加热，这种加热方式设计简便、实用性强，但在加热还原的过程中容易出现物料受热不均匀，还原不彻底的问题。

此外，传统的石墨烯在加热法还原石墨烯的过程中，通常需要经过进料、加热和排料，进料后需要等待加热处理才能进行排料，由此导致生产连续性较差，生产效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种石墨烯膨化装置，以缓解加热法加工石墨烯过程中无法连续生产的技术问题。

第一方面，本实用新型提供的石墨烯膨化装置，包括：输料组件和加热器件，所述加热器件设有加热腔，所述输料组件包括依次连接的上料区、加热区和卸料区，所述输料组件贯穿所述加热腔，所述加热区位于所述加热腔内，所述上料区和所述卸料区分别延伸至所述加热腔的外侧。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述输料组件包括：管件和输料件，所述输料件连接在所述管件内，所述加热器件围设所述管件，所述输料件依次贯穿所述上料区、所述加热区和所述卸料区。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述输料件采用螺旋叶片，所述螺旋叶片与所述管件同轴，且连接在所述管件的内壁上，螺旋叶片与管件之间形成使物料通过的螺旋通道。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述输料件包括：螺旋叶轮和驱动器件，所述管件套设所述螺旋叶轮，所述驱动器件与螺旋叶轮传动连接，用于驱动所述螺旋叶轮绕自身轴线旋转。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述加热器件包括：炉体和制热元件，所述炉体围设所述管件，所述炉体和所述管件之间形成密闭的所述加热腔，所述制热元件设置在所述炉体的内壁。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述制热元件采用微波发生器。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述管件的材料采用玻璃。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述石墨烯膨化装置包括箱体，所述箱体套设所述加热器件，所述加热器件与所述箱体之间形成密闭的保温腔。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述石墨烯膨化装置包括抽吸组件，所述抽吸组件用于抽吸所述输料组件中的气体，或者，抽吸组件用于将惰性气体充入输料组件中。

结合第一方面的第八种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述抽吸组件包括：负压泵和导管，所述负压泵的进气口与所述导管的一端流体连通，所述导管的另一端与所述输料组件流体连通。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：采用石墨烯膨化装置包括输料组件和加热器件，加热器件设有加热腔，输料组件贯穿加热腔，并与加热器件连接的方式，通过输料组件贯穿加热腔，从而可以在输送物料的同时实现加热处理，进而能够实现连续性生产，有利于提高加热法还原石墨烯的生产效率。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的石墨烯膨化装置的示意图。

图标：1-输料组件；11-管件；111-进料管；112-出料管；12-输料件；2-加热器件；21-炉体；22-制热元件；3-箱体；4-抽吸组件；41-负压泵；42-导管。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供的石墨烯膨化装置，包括：输料组件1和加热器件2，加热器件2设有加热腔，输料组件1包括依次连接的上料区、加热区和卸料区，输料组件1贯穿加热腔，加热区位于加热腔内，上料区和卸料区分别延伸至加热腔的外侧。

具体地，加热器件2可采用电热丝加热方式或者微波加热方式对加热腔内部进行加热处理，输料组件1用于输送石墨烯穿过加热腔，输料组件1可采用螺旋输料器，在输送石墨烯穿过加热腔的同时，螺旋输料器能够驱动石墨烯绕螺旋输料器的轴线旋转，从而确保石墨烯受热均匀。

以输料组件1采用螺旋输料器为例，螺旋输料器内部的螺旋叶轮或者螺旋叶片驱动物料沿螺旋输料器的轴线方向传输，过程中冷热不均的物料受摩擦力作用充分混合。以氧化石墨烯加热还原为例，过程中产生的氧气件螺旋输料器输料方向被螺旋输料器排出，为进一步防止石墨烯再次被氧化，可将石墨烯膨化装置设置在近似真空或者充满惰性气体的环境中。

此外，输料组件1还可以采用传送带驱动的方式输送石墨烯，但是由于传送带耐热性能较弱，并且传送带与加热器件2之间难以进行密封保温，因此选用螺旋输料器较佳。

在本实用新型实施例中，输料组件1包括：管件11和输料件12，输料件12连接在管件11内，加热器件2围设管件11，输料件12依次贯穿上料区、加热区和卸料区。其中，加热器件2围设管件11，从而加热器件2产生热能后，热量穿过管件11传递至管件11内部，进而对管件11内部的石墨烯进行加热。

具体地，加热器件2与管件11紧密贴合，或者，加热器件2与管件11之间形成密闭的加热腔，从而可以避免热量损失，提高热能利用率。

进一步的，输料件12采用螺旋叶片，螺旋叶片与管件11同轴，且连接在管件11的内壁上，螺旋叶片与管件11之间形成使物料通过的螺旋通道。其中，输料组件1包括电动机，电动机的传动轴连接第一齿轮，管件11连接第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，从而实现电动机与管件11传动连接。当电动机驱动管件11绕管件11的轴线旋转时，管件11内部的物料在重力作用下相对于螺旋叶片产生滑动，进而螺旋叶片能够推挤物料沿管件11的轴线方向移动，由此实现物料输送。为了能够确保物料在管件11内顺畅输送，管件11的轴线趋近于水平设置，在重力作用下管件11内部的物料位于管件11轴线下方，当管件11绕自身轴线旋转时，螺旋叶片推挤物料沿管件11的轴线方向输送；或者，物料中满在管件11中，当螺旋叶片绕管件11的轴线旋转时，受物料与管件11内壁之间的摩擦力作用，物料与螺旋叶片产生相对滑动，进而螺旋叶片能够驱动物料沿管件11的轴线方向输送。

在另一种实施方式中，输料件12包括：螺旋叶轮和驱动器件，管件11套设螺旋叶轮，驱动器件与螺旋叶轮传动连接，用于驱动螺旋叶轮绕自身轴线旋转。其中，驱动器件包括电动机和减速器，电动机的传动轴与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与螺旋叶轮通过联轴器连接，电动机启动能够驱动螺旋叶轮绕自身轴线旋转。受管件11的摩擦力作用，位于管件11内部的物料与螺旋叶轮产生相对滑动，进而螺旋叶轮能够驱动物料沿管件11的轴线方向输送。

进一步的，沿管件11轴线方向的一端设有进料口，进料口位于进料区，进料管111与进料口流体连通，石墨烯粉末可通过进料管111进入管件11内，为了方便加料，进料管111的顶部连接进料漏斗；沿管件11轴线方向的另一端设有出料口，出料口位于出料区，出料口与出料管112流体连通，出料管112的底部连通集料箱，输料组件1可以将石墨烯自进料口输送至出料口，在重力的作用下，石墨烯下落至集料箱中。

进一步的，加热器件2包括：炉体21和制热元件22，炉体21围设管件11，炉体21和管件11之间形成密闭的加热腔，制热元件22设置在炉体21的内壁。其中，制热元件22连接在炉体21的内壁上，且制热元件22设有多个，多个制热元件22间隔设置，以确保管件11内部的物料均匀受热。

进一步的，螺旋输料器驱动石墨烯绕螺旋输料器的轴线以每分钟低于60转的转速运转，从而确保冷热不均的石墨烯充分混合，以实现均衡受热。

进一步的，制热元件22采用微波发生器。其中，氧化石墨烯含有较多的极性官能团，非常适合微波加热还原。微波管是微波发生器的核心，可以将直流电能转变成微波能，提供稳定的连续波微波功率。利用微波对石墨烯进行膨化处理具有以下优点：功率连续可调、性能稳定，安全保护措施完善，能长时间连续工作，能源转换效率高，操作简便，加热时，微波发生器将石墨烯加热至200摄氏度～300摄氏度，从而使石墨烯发生膨化剥离，反应温度可选200摄氏度、250摄氏度或者300摄氏度。

进一步的，管件11的材料采用玻璃，管件11的材质可选高硼硅玻璃或者石英玻璃，从而可以避免管件11受微波作用发热，进而有利于提高微波有效功率。

如图1所示，石墨烯膨化装置包括箱体3，箱体3套设加热器件2，加热器件2与箱体3之间形成密闭的保温腔。

具体地，箱体3内设容纳腔，且箱体3上设有贯穿箱体3的第一通孔和第二通孔，第一通孔与第二通孔同轴，管件11插接在第一通孔和第二通孔内，且加热器件2位于箱体3的容纳腔中，通过箱体3对管件11进行保温，从而避免管件11热量散失。为提高箱体3对管件11保温的保温效果，管件11与第一通孔之间增设第一环形密封圈，管件11与第二通孔之间增设第二环形密封圈。

进一步的，石墨烯膨化装置包括抽吸组件4，抽吸组件4用于抽吸输料组件1中的气体，或者，抽吸组件4用于将惰性气体充入输料组件1中。

具体地，抽吸组件4包括气泵和惰性气体罐，气泵的进气管与惰性气体罐连通，气泵的出气管与输料组件1流体连通，气泵启动可以将惰性气体充入管件11内，从而将管件11内氧气排尽，以便氧化石墨烯分解；或者，抽吸组件4采用气泵，用于抽吸输料组件1中的气体，从而使管件11内部趋近于真空状态，以便氧化石墨烯在受热条件下分解，将管件11设有排料口的一端与气泵的进气管连通，从而避免抽吸影响输料组件1的工作，在负压和输料组件1的共同作用下，可实现管件11内物料从排料口排出。

进一步的，抽吸组件4包括：负压泵41和导管42，负压泵41的进气口与导管42的一端流体连通，导管42的另一端与输料组件1流体连通。具体地，负压泵41的进气口与管件11设有出料口的一端流体连通，以输料组件1采用螺旋输料器为例，在螺旋叶轮或者螺旋叶片的作用下，由物料对管件11的进料口和出料口进行密封分隔，管件11内部靠近出料口的一端充入惰性气体或者达到趋近真空的状态，以便防止石墨烯再次被氧化。此外，负压泵41能够快速排出还原反应中产生的废气，并且可以是管件11设有出料口的一端产生负压，以防止石墨烯在管件11内结块，便于石墨烯从出料口排出。

进一步的，石墨烯膨化装置包括加料器件，加料器件包括：输料机、料斗和给料驱动组件，输料机用于将物料输送至料斗内，给料驱动组件用于驱动料斗，并将料斗内的物料倾倒至管件11的进料口。其中，输料机可采用传送带式输料机，用以将物料输送至料斗上方，以便物料在重力作用下落入料斗内；给料驱动组件可采用机械臂，机械臂连接料斗，以便驱动料斗将物料倾倒至管件11的进料口。

需要说明的是，石墨烯膨化装置包括控制器和温度传感器，制热元件22和温度传感器分别与控制器相连接，温度传感器用于检测管件11内部温度。当管件11内部温度低于预设温度时，控制器控制制热元件22启动或者增大制热功率；当管件11内部温度大于等于预设温度时，控制器控制制热元件22停止工作，从而可以在预设温度下对氧化石墨烯进行恒温加热。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。