一种用于高效率制造大面积石墨烯的装置的制作方法

本发明涉及一种用于高效率制造大面积石墨烯的装置。

背景技术：

石墨烯为一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型蜂巢状晶格的平面薄膜，为目前世界上最薄也是最坚硬的奈米材料。由于石墨烯的电阻率低，且几乎是透明的，被期待用于发展更薄、导电速度更快的电子元件以应用在诸如半导体、面板、或是电池等领域中。

即使有许多期待，国际大厂也已竞相投入石墨烯研究并积极布局，但现阶段石墨烯技术还未能被大量应用，显见目前还有许多技术上问题存在：无论是在石墨烯本身、或在配方上进行改良，以令石墨烯应用于复合材料时有更佳的效果。

申请号为“cn201710061798.4”的中国发明专利公布了一种用于制造大面积石墨烯的设备，其包含有：一喷嘴，该喷嘴包括一进料口、一出料口以及一连通于该进料口和该出料口之间管体；一连通至该进料口的加压器，用于加压一石墨分散液使其由该进料口进入该管体；其中，该管体从该进料口至该出料口之间具有至少一内径变化以及一形成于该内径变化的段差，使该石墨分散液的石墨片流经该管体而逐渐减少层数至少于20层的大面积石墨烯，该大面积石墨烯具有一la介于1μm至1000μm之间的直径，该la系为一由拉曼光谱所获得的值。但是其存在问题：由于其仅仅是靠变径的流体剪切力剥离(分散)石墨分散液中的高度石墨化石为墨片大面积石墨烯，其效率较低，无法满足工业换生产需求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于高效率制造大面积石墨烯的装置，提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于高效率制造大面积石墨烯的装置，包括：

一喷嘴，该喷嘴包括一进料口、一出料口以及一连通于该进料口和该出料口之间管体；

一连通至该进料口的加压器，用于加压一石墨分散液使其由该进料口进入该管体；

其中，该管体从该进料口至该出料口之间至少具有内径变小形成段差的第一腔体、第二腔体和第三腔体，使该石墨分散液的石墨片流经该管体而逐渐减少层数至少于20层的大面积石墨烯；

其特征在于：

所述第一腔体和第二腔体的其中一侧的侧壁位于同一平面，且所述第一腔体的出口与所述第二腔体的入口为同一口；

所述第一腔体的背离所述同一平面的一端设置有进口，另一端设置有出口，且所述第一腔体内靠近所述进口设置有用于驱动石墨分散液旋转的第一转筒；

所述第二腔体内设置有用于驱动石墨分散液旋转的第二转筒。

进一步的，该出料口连结回该进料口。

进一步的，该石墨分散液中的石墨片的石墨化程度介于0.8至1.0之间。

进一步的，该石墨分散液的溶液系为n-甲基吡咯烷酮。

进一步的，该石墨分散液的石墨片固体含量小于30wt.％，该石墨分散液的石墨片固体含量大于等于80wt.％

进一步的，该进料口具有一介于5cm至10cm之间的内径，该出料口具有一介于100μm至200μm之间的内径；或者，该进料口具有一介于100cm至500cm之间的内径，该出料口具有一介于5mm至10mm之间的内径。

进一步的，该加压器提供给该石墨分散液的压力介于100mpa至500mpa。

进一步的，所述第一转筒与所述第二转筒的转动方向相同。

进一步的，所述第一转筒与所述第二转筒的均为螺旋转筒。

进一步的，所述螺旋转筒包括设置于其周侧的螺旋搅拌叶。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

通过转动的转筒驱动流体旋转产生旋转的流体剪切力，以大大提升剥离(分散)石墨分散液中的高度石墨化石为墨片大面积石墨烯的效率，提高生产效率，更适合工业化生产；

同时第一腔体和第二腔体的错位设置，形成良好的流体剪切力配合，进一步提高剥离(分散)石墨分散液中的高度石墨化石为墨片大面积石墨烯的效率；

螺旋转筒形成螺旋的流体剪切力更有利于大面积石墨烯剥离(分散)。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明用于高效率制造大面积石墨烯的装置的结构示意图；

附图标记说明：1-第一转筒；2、石墨分散液；3、喷嘴；31、加压器；32、进料口；33、管体；3301-第一腔体；3302-第二腔体；3303-第三腔体；34、出料口；35、大面积石墨烯；4-第二转筒。

具体实施方式

如图1所示，一种用于高效率制造大面积石墨烯的装置，一喷嘴3，该喷嘴包括一进料口32、一出料口34以及一连通于该进料口32和该出料口34之间管体33；一连通至该进料口的加压器31，用于加压一石墨分散液2使其由该进料口32进入该管体33；其中，该管体33从该进料口32至该出料口34之间至少具有内径变小形成段差的第一腔体3301、第二腔体3302和第三腔体3303，使该石墨分散液2的石墨片流经该管体33而逐渐减少层数至少于20层的大面积石墨烯；该大面积石墨烯35具有一la介于1μm至1000μm之间的直径，该la系为一由拉曼光谱所获得的值；

本实施例中：所述第一腔体3301和第二腔体3302的其中一侧的侧壁位于同一平面，且所述第一腔体3301的出口与所述第二腔体3302的入口为同一口；所述第一腔体3301的背离所述同一平面的一端设置有进口，另一端设置有出口，且所述第一腔体3301内靠近所述进口设置有用于驱动石墨分散液2旋转的第一转筒1；所述第二腔体3302内设置有用于驱动石墨分散液旋转的第二转筒4。

于本实施例中，该出料口33可连结回该进料口32，如此一来，该石墨分散液29可于该含有喷嘴的循环系统中重复循环，有效地将其中的高度石墨化石墨片逐渐减少层数而分散为少于20层的大面积石墨烯35。

本实施例中，该石墨分散液29于循环系统中的循环次数并无特别限制，但是经过上述改进后相对于申请号为“cn201710061798.4”的中国发明专利能够大大降低循环次数，提高剥离(分散)效率。

本技术：
的装置主要是通过转动的转筒驱动流体旋转产生旋转的流体剪切力，以大大提升剥离(分散)石墨分散液中的高度石墨化石为墨片大面积石墨烯的效率，提高生产效率，更适合工业化生产；

同时第一腔体3301和第二腔体3302的错位设置，形成良好的流体剪切力配合，进一步提高剥离(分散)石墨分散液中的高度石墨化石为墨片大面积石墨烯的效率；而螺旋转筒形成螺旋的流体剪切力更有利于大面积石墨烯剥离(分散)。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种用于高效率制造大面积石墨烯的装置，包括：

一喷嘴，该喷嘴包括一进料口、一出料口以及一连通于该进料口和该出料口之间管体；

一连通至该进料口的加压器，用于加压一石墨分散液使其由该进料口进入该管体；

其中，该管体从该进料口至该出料口之间至少具有内径变小形成段差的第一腔体、第二腔体和第三腔体，使该石墨分散液的石墨片流经该管体而逐渐减少层数至少于20层的大面积石墨烯；

其特征在于：

所述第一腔体和第二腔体的其中一侧的侧壁位于同一平面，且所述第一腔体的出口与所述第二腔体的入口为同一口；

所述第一腔体的背离所述同一平面的一端设置有进口，另一端设置有出口，且所述第一腔体内靠近所述进口设置有用于驱动石墨分散液旋转的第一转筒；

所述第二腔体内设置有用于驱动石墨分散液旋转的第二转筒。

2.如权利要求1所述的用于高效率制造大面积石墨烯的装置，其特征在于，该出料口连结回该进料口。

3.如权利要求1所述的用于高效率制造大面积石墨烯的装置，其特征在于，该石墨分散液中的石墨片的石墨化程度介于0.8至1.0之间。

4.如权利要求1所述的用于高效率制造大面积石墨烯的装置，其特征在于，该石墨分散液的溶液系为n-甲基吡咯烷酮。

5.如权利要求1所述的用于高效率制造大面积石墨烯的装置，其特征在于，该进料口具有一介于5cm至10cm之间的内径，该出料口具有一介于100μm至200μm之间的内径；或者，该进料口具有一介于100cm至500cm之间的内径，该出料口具有一介于5mm至10mm之间的内径。

6.如权利要求1所述的用于高效率制造大面积石墨烯的装置，其特征在于，该加压器提供给该石墨分散液的压力介于100mpa至500mpa。

7.如权利要求1所述的用于高效率制造大面积石墨烯的装置，其特征在于，所述第一转筒与所述第二转筒的转动方向相同。

8.如权利要求7所述的用于高效率制造大面积石墨烯的装置，其特征在于，所述第一转筒与所述第二转筒的均为螺旋转筒。

9.如权利要求8所述的用于高效率制造大面积石墨烯的装置，其特征在于，所述螺旋转筒包括设置于其周侧的螺旋搅拌叶。

技术总结
本发明公开了一种用于高效率制造大面积石墨烯的装置，包括：一喷嘴，该喷嘴包括一进料口、一出料口以及一连通于该进料口和该出料口之间管体；一连通至该进料口的加压器，用于加压一石墨分散液使其由该进料口进入该管体；该管体从该进料口至该出料口之间至少具有内径变小形成段差的第一腔体、第二腔体和第三腔体，使该石墨分散液的石墨片流经该管体而逐渐减少层数至少于20层的大面积石墨烯；第一腔体内靠近进口设置有用于驱动石墨分散液旋转的第一转筒；第二腔体内设置有用于驱动石墨分散液旋转的第二转筒。本发明的目的是提供一种用于高效率制造大面积石墨烯的装置，提高生产效率，适合工业化生产，缩短生产周期，降低成本。

技术研发人员：张荣德
受保护的技术使用者：北京清烯科技有限公司
技术研发日：2020.01.17
技术公布日：2020.08.04