一种利用铅丝制备石墨烯的装置及方法与流程

本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种利用铅丝制备石墨烯的装置及方法。

背景技术：

石墨烯是从天然石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的的二维晶体。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为″黑金″，是″新材料之王″，科学家甚至预言石墨烯将″彻底改变21世纪″。

现有技术中，天然石墨烯的制备方法主要有两种：机械方法和化学方法。机械方法包括机械分离法、取向附生法和加热sic的方法，化学方法主要是是化学还原法与化学解离法。

其中，电解法是最常用的制备石墨烯的方法，但是存在石墨烯产量过低，纯度不高的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有石墨烯制备技术中，生产工艺复杂，石墨烯纯度较低的问题，进而提供一种制备石墨烯的装置及方法。

本发明的技术方案是：一种利用铅丝制备石墨烯的装置，所述装置包括容器(1)、第一铅丝固定板(2)、第二铅丝固定板(4)、弱酸电解液(5)、电源(6)、金属网电极(8)和若干铅丝(3)，第二铅丝固定板(4)嵌装在容器(1)的底部，容器(1)内充满弱酸电解液(5)，第一铅丝固定板(2)和第二铅丝固定板(4)的内表面竖直焊有若干铅丝(3)，金属网电极(8)水平置于弱酸电解液(5)中，第二铅丝固定板(4)和第一铅丝固定板(2)均与电源(6)的负极连接，金属网电极(8)与电源(6)的正极连接。

进一步地，所述第一铅丝固定板(2)用吊架置于容器(1)上方。

进一步地，所述弱酸电解液(5)中置有膨胀石墨蠕虫。

进一步地，弱酸电解液(5)为稀草酸或者稀硫酸等弱酸。

进一步地，容器(1)的材质不导电。

进一步地，金属网电极(8)一端通过支架固定在容器(1)的侧壁，另一端通过支架穿过容器(1)的侧壁接入电源(6)。

本发明还涉及一种利用上述装置制备石墨烯的方法，包括以下步骤：将第二铅丝固定板(4)嵌装在反应容器(1)的底部，再将弱酸电解液(5)充满反应容器(1)后加入膨胀石墨蠕虫，然后将第一铅丝固定板(2)用吊架固定在反应容器(1)上方，金属网电极(8)水平置于弱酸电解液(5)中，将第二铅丝固定板(4)和第一铅丝固定板(2)与电源(6)的正极连接，金属网电极(8)与电源(6)的负极连接，打开电源(6)开关对第一铅丝固定板(2)和第二铅丝固定板(4)进行电解，充分电解后，将石墨烯与电解液的混合物取出后清洗过滤，再将过滤得到的石墨烯进行超声破碎烘干，即得到所需石墨烯。

进一步地，弱酸电解液(5)为稀草酸或者稀硫酸等弱酸。

进一步地，电源(6)的电压优选为3到30伏。

本发明具有如下有益效果：本发明主要利用了电解的原理，通过金属网电极对膨胀石墨蠕虫的不断电解，使其被逐层剥离在电解液中，再经过铅丝的不断电解，使膨胀石墨蠕虫得到了充分的电解剥离，电解完成后清洗过滤烘干就得到了所需的石墨烯。铅丝价格低廉且电解效果好，再通过加入金属网电极，可对石墨蠕虫同时进行两次电解，加强了电解效率。在得到的石墨烯中，单层石墨烯占的比重大，且该方法工艺简单易安装。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

参阅图1，本实施方式的利用铅丝制备石墨烯的装置，包括容器(1)、第一铅丝固定板(2)、第二铅丝固定板(4)、弱酸电解液(5)、电源(6)、金属网电极(8)和若干铅丝(3)，第二铅丝固定板(4)嵌装在容器(1)的底部，容器(1)内充满弱酸电解液(5)，第一铅丝固定板(2)和第二铅丝固定板(4)的内表面竖直焊有若干铅丝(3)，金属网电极(8)水平置于弱酸电解液(5)中，第二铅丝固定板(4)和第一铅丝固定板(2)均与电源(6)的负极连接，金属网电极(8)与电源(6)的正极连接。弱酸电解液(5)中置有膨胀石墨蠕虫。

第一铅丝固定板2用吊架置于容器1上方。第二铅丝固定板4与容器1之间用胶粘连接。金属网电极8一端通过支架固定在容器1的侧壁，另一端通过支架穿过容器1的侧壁接入电源6。

弱酸电解液5优选为稀草酸或者稀硫酸等弱酸。反应容器1的材质不导电，可以优选玻璃容器。电源6的电压优选为3到30伏。

本发明还包括一种利用上装置制备石墨烯的方法，包括以下步骤：

将第二铅丝固定板(4)嵌装在反应容器(1)的底部，再将弱酸电解液(5)充满反应容器(1)后加入膨胀石墨蠕虫，然后将第一铅丝固定板(2)用吊架固定在反应容器(1)上方，金属网电极(8)水平置于弱酸电解液(5)中，将第二铅丝固定板(4)和第一铅丝固定板(2)与电源(6)的正极连接，金属网电极(8)与电源(6)的负极连接，打开电源(6)开关对第一铅丝固定板(2)和第二铅丝固定板(4)进行电解，充分电解后，将石墨烯与电解液的混合物取出后清洗过滤，再将过滤得到的石墨烯进行超声破碎烘干，即得到所需石墨烯。

本实施方式的原理：电源3通3到30伏电压后，铅丝3通电会使电解液中的膨胀石墨蠕虫发生电解，通过加入金属网电极，可对膨胀石墨蠕虫同时进行两次电解，将其剥离成石墨烯。然后从容器1中倒出弱酸电解液5与石墨烯的混合物，利用过滤装置对混合物进行过滤，利用超声波对滤出的石墨烯进行超声，利用烘干机对石墨烯进行烘干，完成石墨烯的电解制备。此方法简单易行且单层石墨烯占比很高。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种利用铅丝制备石墨烯的装置，所述装置包括容器、第一铅丝固定板、第二铅丝固定板、弱酸电解液、电源、金属网电极和若干铅丝，第二铅丝固定板嵌装在容器的底部，容器内充满弱酸电解液，第一铅丝固定板和第二铅丝固定板的内表面竖直焊有若干铅丝。本发明主要利用了电解的原理，通过金属网电极对膨胀石墨蠕虫的不断电解，使其被逐层剥离在电解液中，再经过铅丝的不断电解，使膨胀石墨蠕虫得到了充分的电解剥离，电解完成后清洗过滤烘干就得到了所需的石墨烯。

技术研发人员：张金玉
受保护的技术使用者：哈尔滨摆渡新材料有限公司
技术研发日：2017.07.07
技术公布日：2019.01.15