一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的制作方法

本新型涉及石墨烯生产领域，具体为一种利用光电反应进行石墨烯生产的真空炉。

背景技术：

现有的石墨烯制备方法主要分为四大类：机械剥离法、外延生长法、化学气相沉淀法和石墨还原法。微机械剥离方法操作简单、制作成本质量高，是当前制取单层高品质石墨烯的主要方法，但其可控性较差，制得的石墨烯尺寸较小，一般都在10-100um之间，且存在很大的不确定性，其生产效率低、成本高，不适合大规模生产。而外延生长法所需要的原料成本、设备成本较高，其需要很高的生长温度(1400摄氏度)，因此需要的设备要求高，而且生长大尺寸的石墨烯也很困难。石墨还原法的过程是先用强氧化剂将石墨氧化成石墨烯，氧化过程即在石墨层间穿插一些含氧官能团，从而加大了石墨层间距，然后经超声处理一段时间之后，即形成单层或数层石墨烯，再用强还原剂将石墨烯还原成石墨烯。该方法得到的石墨烯由于单层石墨烯非常薄，容易团聚，导致降低石墨烯的导电性能及比表面积，进一步影响其在光电设备中的应用，另外，该氧化还原过程中容易引起石墨烯的晶体结构缺陷，如碳环上碳原子的丢失等问题。化学气相沉淀法在制备的后期，对于石墨烯的转移过程比较复杂，而且制备成本较高，另外基底内部的碳原子生长与连接往往存在缺陷。

技术实现要素：

本新型的目的在于提供一种可大大提高生产量、生产质量的石墨烯制备方法的设备，且其不会对环境造成污染。

为实现上述目的，本新型提供如下技术方案：

一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备，其包括圆柱状反应管本体以及真空炉本体，所述的反应管本体为电绝缘的玻璃管或者聚四氟乙烯管，反应管本体置于真空炉本体内部空间且反应管本体内侧涂覆有膨胀鳞片石墨溶液，所述的真空炉本体包括炉盖、气体双通Y型管道以及Y型排气孔，所述的气体双通Y型管道为两端分别接入氦气和氖气的管道，管道两端交汇于气体输出端口，真空炉内前后设置有发射电极，所述发射电极通电进行光电加热，以干燥去湿并对膨胀鳞片石墨溶液产生光化学、热化学反应。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，所述的双通Y型管道的内侧涂覆有电绝缘的聚四氟乙烯，真空炉本体的内侧表层喷涂聚四氟乙烯作为绝缘体。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，所述的真空炉本体内设有湿度传感器，实时检测真空炉本体内的干燥程度，真空炉本体外设有抽真空负压表，检测真空炉本体内的压力。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，真空炉本体表面设有透明的观察孔，由外部观看真空炉本体内的发光度。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，双通Y型管道在接入氦气和氖气的管道处设有气体计数表以及止气阀。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，所述的炉盖内侧边缘设有密封圈，密封圈与炉盖、真空炉本体边缘紧密结合。

与现有技术相比，本新型的有益效果是：使用新颖的真空光电反应方式进行石墨烯生产，其利用光电原子的能量跃迁，使膨胀鳞片石墨分子的基态、原子或分子系统的本征态在被脉冲创造变换集合体，产生石墨烯，使石墨原子之间的键充分打开，减少多层石墨烯的产生，由于单层的石墨烯其分子集合体可形成较为完美的蜂窝状六角形，从而令该单层石墨烯不易聚合，其分散效果好，可以直接应用于复合材料、电子、油漆等方面；同时，由于生产过程中不涉及污染环境的多种氧化剂还原剂物质，其生产干净无毒害；再者，在真空炉中可以同时放置多根玻璃管或聚四氟乙烯管进行反应，由于光电反应时能均匀接触到玻璃管或聚四氟乙烯管的表面，因而可使用大量玻璃管或聚四氟乙烯管进行充分、均匀的反应，从而大大提高了产能，而批量反应更能有效地节省能源消耗。

附图说明

图1为本新型的生产过程示意图；

图2为本新型的整体结构图；

图3为打开炉盖后的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本新型实施例中的附图，对本新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本新型中的实施例，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，都属于本新型保护的范围。

请参阅图1-3，本新型提供了以下的技术方案：

一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备，其包括圆柱状反应管本体1以及真空炉本体2，所述的反应管本体为电绝缘的玻璃管或者聚四氟乙烯管，反应管本体置于真空炉本体内部空间且反应管本体内侧涂覆有膨胀鳞片石墨溶液，所述的真空炉本体包括炉盖21、气体双通Y型管道22以及Y型排气孔23，所述的气体双通Y型管道22为两端分别接入氦气和氖气的管道，管道两端交汇于气体输出端口，真空炉内前后设置有发射电极，所述发射电极通电进行光电加热，以干燥去湿并对膨胀鳞片石墨溶液产生光化学、热化学反应。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，所述的双通Y型管道的内侧涂覆有电绝缘的聚四氟乙烯，真空炉本体的内侧表层喷涂聚四氟乙烯作为绝缘体，可以防止通电进行光电反应过程中导致炉内光电反应能量降低的问题。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，所述的真空炉本体内设有湿度传感器，实时检测真空炉本体内的干燥程度，真空炉本体外设有抽真空负压表，检测真空炉本体内的压力。在干燥过程中应当保持恒温且实时检测干燥程度，所述的恒温温度不大于80摄氏度，同时对真空炉内部逐渐进行抽真空干燥。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，真空炉本体表面设有透明的观察孔24，由外部观看真空炉本体内的发光度。在制备过程中，对于真空炉内部真空度不够的情况下，其通电发光度将发生变化，此时即可通过发光度来判断内部压强大小，从而补充气体。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，双通Y型管道在接入氦气和氖气的管道处设有气体计数表以及止气阀。

作为对上述一种应用真空光电反应生产石墨烯的设备的进一步描述，所述的炉盖内侧边缘设有密封圈，密封圈与炉盖、真空炉本体边缘紧密结合。

在上述方案中，其以原子的辐射能量为主，在气体放电管里，电场中加速获得一定动能的电子与氦原子碰撞，并将氦原子激发到21S0、23S1态，由于氦原子的这两个亚稳态能级21S0、23S1原子数是比较多的，这些氦原子的能量又分别与处于基态的氖原子的能量相近，氦原子的能量与氖原子在电场激发下，处于这一能级的氦原子与氖原子碰撞会将能量传递、跃迁给氖原子，使它们从基态跃迁到3S和2S态，这样氖原子在能级3S－3P、3S－2P、2S－2P间形成粒子数反转分布，从而以伴随发射3.39um、632.8nm、1.5um三种波长的光来转移能量。

为了能充分反应，本新型采用多根玻璃管或聚四氟乙烯管与真空炉配合的方案，由于其圆形表面积大，可大大提高石墨原料与真空炉内部气体的接触面积，从而加快干燥的进度，也可让放置在玻璃管或聚四氟乙烯管内的石墨原料均匀、充分地接受光电反应；再者，在抽真空、通电进行光电反应的过程中，上述结构也更为方便地进行。

本新型中利用光电分离技术，将发光气体作为激发石墨分子的强氧化剂和强还原剂，以此代替原有的还原法中使用的多种化学物质。

尽管已经示出和描述了本新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。