一种用于石墨烯微波还原膨化的多管炉设备的制作方法

本实用新型涉及石墨烯生产设备领域，特别是涉及一种用于石墨烯微波还原膨化的多管炉设备。

背景技术：

石墨烯作为理想的二维晶体材料，具有优异的电学、力学、热学和光学性能，在纳米电子器件、超级计算机、太阳能电池、光子传感器等领域具有广泛的应用潜力，因而成为材料、物理化学、微电子和新能源的研究热点。石墨烯的性能与其制备技术密切相关，优化石墨烯的制备方式是获得高品质石墨烯和推动石墨烯产业化的关键。石墨烯的制备方法主要分为物理法和化学法，物理法有机械剥离法和外延生长法，化学法有化学气相沉积法和氧化还原法；为使石墨烯的生产达到大规模工业化，目前使用最广的制备工艺仍然是氧化-热还原法，而传统的电加热还原膨化技术存在升温耗时、降温速率慢的问题，且加热效率低、能耗大，微波还原膨化炉能即启即用，大幅提高加热还原膨化的效率。

现有的大型膨化还原炉多采用单炉管结构，单次进料最多不超过10g，生产效率低，不利于石墨烯规模化的工业化生产，因此，提高石墨烯的生产效率和产能，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于石墨烯微波还原膨化的多管炉设备，提高石墨烯的生产效率，推动石墨烯的规模化生产。

本实用新型所采用的技术方案是：一种用于石墨烯微波还原膨化的多管炉设备，包括炉体、至少两根炉管、微波加热装置、进料装置和收集装置，每根所述炉管水平并排的设置在炉体内，每根所述炉管的进料口均与进料装置连通，每根所述炉管的出料口均与收集装置连通，所述微波加热装置设置在炉体上用于对炉管内的物料加热。

进一步优化，所述微波加热装置包括多个微波源，所述微波源设置在炉体的底面及侧面。

进一步优化，所述微波加热装置还包括吸波的陶瓷辅热板，所述陶瓷辅热板包覆在炉管的外部。

进一步优化，所述陶瓷辅热板为sic辅热板。

进一步优化，所述炉体内还设有保温材料层，所述炉管和陶瓷辅热板均包埋在保温材料层中。

进一步优化，所述进料装置包括进料斗、螺旋进料器和与炉管数量对应的进料管，每根所述炉管通过对应的进料管与螺旋进料器连通，每一所述进料管上均设有进料阀。

进一步优化，所述收集装置包括收集器和与炉管数量对应的收集管，每一所述炉管与所述收集器之间通过对应的收集管连通，每一所述收集管上均设有收集管阀。

进一步优化，所述收集器的底部设有多组行走轮。

进一步优化，还包括保护气氛输送系统，所述保护气氛输送系统包括保护气氛储存装置和与炉管数量对应输气管，每一所述炉管与所述保护气氛储存装置之间通过对应的输气管连通，每一所述输气管上均设有进气阀。

进一步优化，所述炉体外部还罩设有炉体护罩。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过在炉体内设置两根以上的炉管，可根据实际的产能生产需要同时在多根炉管内进行膨化生产作业，相对于以往的单一炉管的生产设备，成倍的提高了石墨烯的膨化生产效率和产能，有利于石墨烯膨化的工业化生产；采用微波加热，微波可以穿透炉体和炉管后直接作用到炉管内的氧化石墨上，使管内的氧化石墨在极短的时间内膨化，具有加热效率高，且炉体的表面温度低，工作环境好。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型用于石墨烯微波还原膨化的多管炉设备的整体结构示意图；

图2是用于石墨烯微波还原膨化的多管炉设备的左视图；

图3是用于石墨烯微波还原膨化的多管炉设备的俯视图。

具体实施方式

如图1到图3所示的用于石墨烯微波还原膨化的多管炉设备，包括炉体100、至少两根炉管200、微波加热装置、进料装置和收集装置，每根炉管200水平并排的设置在炉体100内，每根炉管200的进料口均与进料装置连通，每根炉管200的出料口均与收集装置连通，微波加热装置设置在炉体100上用于对炉管200内的物料加热。

进料装置往每根炉管200中投入适当的氧化石墨粉后，启动微波加热装置将炉管200升温到工艺温度200℃-1100℃，炉管200内氧化石墨粉受热发生膨化剥离，膨化后的石墨烯通过收集装置收集冷却。

微波加热装置包括多个微波源310，微波源310设置在炉体100的底面和/或侧面用于加热炉管200内的物料。

采用微波加热，微波可以穿透炉体100和炉管200后直接作用到炉管200内的氧化石墨上，使炉管200的氧化石墨在极短的时间内膨化，具有加热效率高，且炉体100的表面温度低，工作环境好。

微波源310设置在炉体100的底面和/或侧面用于加热炉管200内的氧化石墨，可以使得炉管200内的氧化石墨接收到的微波均匀，从而使得受热更加的均匀。

进一步的，微波加热装置还包括吸波的陶瓷辅热板320，陶瓷辅热板320包覆在炉管200的外部。陶瓷辅热板320可以吸收微波源310发出的微波，陶瓷辅热板320吸收微波后，温度升高，对炉管200进行加热。通过设置陶瓷辅热板320，陶瓷辅热板320吸收微波后再对炉管200加热，以保证炉管200内温度场均匀稳定，使物料充分膨化。

陶瓷辅热板320设在炉管200的底面和/或侧面，可以使得炉管200的热场均匀。

陶瓷辅热板320优选为sic辅热板，也可以选择其他相应的可以吸收微波的陶瓷辅热板。sic辅热板在微波场中，会强烈的吸收微波后被加热，升温速度快。同时，能够保持在较稳定的温度范围内，不出现热失控的现象。从而使得炉管200保持在比较稳定的加热范围内，避免出现温度波动大的情况。

炉体100内还设有保温材料层400，炉管200和sic辅热板均包埋在保温材料层400中。通过将炉管200和sic辅热板包埋在保温材料层400中，减少热量的散失，降低能源损耗，维持炉管200内的温度稳定。

进一步的，进料装置包括进料斗510、螺旋进料器520和与炉管200数量对应的进料管530，每根炉管200通过对应的进料管530与螺旋进料器520连通，每一进料管530上均设有进料阀540。

在上料过程中，进料斗510内的物料通过螺旋进料器520运输到各个位置，打开对应的进料阀540，即可往对应的炉管200中投放物料。当然也可以设计成统一的进料阀540，可以只需打开一个进料阀540即可往所有的炉管200投入物料。

进一步的，收集装置包括收集器610和与炉管200数量对应的收集管620，每一炉管200与收集器610之间通过对应的收集管620连通，每一收集管620上均设有收集管阀630。

膨化后，打开与每一炉管200对应的收集管阀630，将膨化后的石墨烯通过收集器610收集冷却。

为了方便将收集好膨化后的石墨烯转移走，在收集器610的底部设有多组行走轮611。

还包括保护气氛输送系统，保护气氛输送系统包括保护气氛储存装置710和与炉管200数量对应输气管720，每一炉管200与保护气氛储存装置710之间通过对应的输气管720连通，每一输气管720上均设有进气阀730。通过往炉管200输入高纯度的氮气，或者其他的保护气体，如惰气等。保护生产过程中石墨烯不被氧化。

炉体100外部还罩设有炉体护罩110以保护炉体100。

当然，本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。