一种石墨烯薄膜的制备装置的制作方法

本实用新型涉及石墨烯技术领域，特别涉及一种石墨烯薄膜的制备装置。

背景技术：

目前石墨烯的制备方法主要有：机械剥离法、外延生长法、氧化还原法、化学气相沉积法和液相剥离法，其中的液相剥离法是通过特定的溶剂或表面活性剂，用超声的方法将石墨在溶剂中剥离，可以得到缺陷极少的单层或多层石墨烯。与前面的方法相比，液相剥离法在规模化制备、石墨烯品质高，容易功能化、原料广泛、工艺和设备简单，成本低廉等方面体具有独特的优势。

但是用液相剥离法制备的石墨烯分散液在其工业化应用的时候，仍然有几方面的问题亟待解决，这些问题包括：1、石墨烯分散液的浓度很低；2、石墨烯片层尺寸太小；3、多余的分散剂难以去除、高沸点的有机溶剂难以挥发；4、将石墨稀沉积到基底上制备薄膜的时候，过慢的溶剂挥发速度会使得石墨稀发生团聚，难以得到单层或少层的石墨烯薄膜。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决背景技术中液相剥离法制备的石墨烯分散液在应用时存在的问题，而提出的一种石墨烯薄膜的制备装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种石墨烯薄膜的制备装置，其特征在于：包括锡液池，在锡液池内装有锡液，在锡液池内设有隔离墙，隔离墙把锡液池的腔体分割成喷涂腔和成膜腔，在隔离墙一侧的上方设有上连通口、另一侧的下方设有下连通口，在锡液池的上侧设有供液装置，供液装置通过进液管连接喷头，喷头设置在喷涂腔的上侧，在喷涂腔的上侧还设有加热装置，在成膜腔的上侧设有直线电机和冷却装置。

在上述技术方案的基础上，可以有以下进一步的技术方案：

在所述上连通口和所述下连通口处均配合连接一个阀门。

在所述喷涂腔内设有V型的导流墙，导流墙的开口端连接在所述隔离墙上。

在所述锡液池上侧的敞口处配合连接密封罩，在所述喷涂腔上侧的密封罩上设有排气口，排气口通过排气管连接废气处理装置，在所述成膜腔上侧的密封罩上设有进气孔，进气孔通过进气管连接供气装置。

在所述成膜腔的底部设有用于排放锡液的排液阀。

本实用新型的优点在于：本装置有效利用了低浓度和片层尺寸微小的石墨烯分散液，锡液的高温环境使多余的分散剂和高沸点的有机溶剂彻底去除，由于溶剂在高温下的迅速挥发，以及锡液对石墨烯片层的吸附作用，使石墨稀片层难以发生团聚，得到单层或少层的石墨烯薄膜，同时本装置聚集石墨烯片层的能力特别强，而且结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本实用新型的基本结构示意图（图2的A-A剖视图）；

图2是图1的B-B剖视图；

图3是图2的侧视图。

具体实施方式

为了使本实用新型更加清楚明白，以下结合附图对本装置详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2和图3所示，本实用新型提供的一种石墨烯薄膜的制备装置，包括锡液池1，锡液池1为现有技术，在锡液池1的上侧设有敞口，在锡液池1上侧的敞口处配合连接密封罩14。

在锡液池1内装有锡液19，在锡液池1内设有隔离墙2，隔离墙2把锡液池1的腔体分割成喷涂腔3和成膜腔4，在喷涂腔3内设有V型的导流墙11，导流墙11的开口端连接在隔离墙2上，隔离墙2与导流墙11形成横截面为三角形结构的墙体，在成膜腔4的底部设有用于排放锡液的排液阀13。

在隔离墙2一侧的上方设有上连通口5、另一侧的下方设有下连通口6，在上连通口5和下连通口6处均配合连接一个阀门，两个阀门在图中均未画出，其结构为现有技术，在密封罩14外侧设有供液装置12，供液装置12也为现有技术，供液装置12通过进液管20连接喷头7，喷头7设置在密封罩14内部的喷涂腔3上侧，在喷涂腔3的上侧还设有加热装置8，在成膜腔4的上侧设有直线电机9和冷却装置10，冷却装置10为现有技术。

所述直线电机9是一种直接将电能转化成机械能的设备，当直线电机三相绕组通入交流电时，就会产生行波磁场，位于行波磁场中的导体因切割磁力线而感应出电流，电流与磁场相互作用便产生电磁力，这种电磁力推动导电液体所述锡液19沿图1和图2中的箭头流动。

直线电机9与锡液19不接触，利用直线电机引导喷涂腔内的锡液通过上连通口5定向流入成膜腔内，利用隔离墙将漂浮的石墨烯片层留在成膜腔中，利用下连通口6将锡液回流入喷涂腔内，利用导流墙对锡液进行导流。随着操作的进行，成膜腔内锡液表面的石墨烯片层不断增多，在锡液流动力的推动下，这些片层相互接触、首尾连接，形成连续的片层区域。

在所述密封罩14上设有排气口16，排气口16通过排气管21连接废气处理装置18，废气处理装置18为现有技术，在所述成膜腔4上侧的密封罩14上设有进气孔15，进气孔15通过进气管22连接供气装置17。

在上述具体实施例操作过程中，供液装置12为喷头7提供原料液体，供气装置17提供的具有保护和还原功能的气体通过进气孔15持续送入密封罩14，废气处理装置18通过排气口16持续将溶剂挥发等产生的废气排出密封罩14，加热装置8用于保持锡液温度。

本装置的在操作步骤为：

步骤一、将液相剥离法制备出的石墨烯分散液通过喷头7喷涂到喷涂腔3中熔融的锡液19表面，分散液中的溶剂受热气化挥发，石墨烯片层则呈分散状态漂浮在锡液表面。

步骤二、启动直线电机9，引导喷涂腔3内上层的锡液19通过上连通口5流入成膜腔4，漂浮在锡液19表面的石墨烯片被隔离墙2阻挡，滞留在成膜腔4内，下层锡液19则从隔离墙2下部下连通口6流回喷涂腔3内，使得锡液19循环流动。

步骤三、根据漂浮的石墨烯片层离开喷涂腔3的速度，保持喷头7处在连续或间歇状态，随着操作的进行，成膜腔4内锡液19表面的石墨烯片层不断聚集，这些片层相互接触、首尾连接，形成连续片层的连片区。

步骤四、当连片区充满成膜腔4的表面后，停止喷涂，通过关闭上连通口5和下连通口6的阀门，将喷涂腔3和成膜腔4的锡液19隔离，打开成膜腔4底部的排液阀13，排放锡液19至只保留一薄层锡液时关闭排液阀13。

步骤五、启动成膜腔4的冷却装置10，使该成膜腔4内的温度降低至常温，则薄层锡液凝固成锡箔，其上附着一层石墨烯薄膜。

步骤六、取出上述锡箔，将锡箔用合适的溶剂溶去，得到大面积连续均匀的石墨烯薄膜。