一种石墨烯、碳纳米管的纳米材料的制备设备的制作方法

本实用新型涉及材料制备领域，更具体地说，它涉及一种石墨烯、碳纳米管的纳米材料的制备设备。

背景技术：

石墨烯和碳纳米管都具有高强度、高导热性、高导电性等优异性能，是21世纪备受瞩目的新材料。石墨烯和碳纳米管的连续批量的制备，在未来功能材料及复合材料领域有着良好的应用前景。

目前浮动化学气相沉积法能够实现石墨烯和碳纳米管的原位复合并批量生产。但是该方法制备石墨烯和碳纳米管过程中，同时存在高温和氢气，氢气在高温下容易爆炸；目前的防止爆炸的方法是：将收集系统整体安装在一个密闭的箱子中，通过密闭的箱体将反应过程中的氢气与外界空气隔绝，且在生产前和生产完之后都需要向密闭的箱体中通入氮气将空气和氢气排空，以此达到防爆的目的；

由于将整个收集系统都安装在密闭的箱体中间，箱体的体积巨大，生产前和生产完的两个置换气过程时间长，极大的浪费了整个生产过程的时间，大大降低了生产效率，同时由于安装在密闭箱体中的收集系统电机，照明设备需要通过导线和外界的电源及控制系统连接，导线需要在密闭箱体上打孔，这都是会影响密闭箱体整体的气体密封性，而一旦密闭箱体存在漏气出空气都能通过漏气处进入箱体中在高温下遇到氢气发生爆炸，存在极大的安全隐患；所以上述方法不能够有效的防止爆炸事故的发生，且影响了生产制备的效率，市场上仍然急缺一种能够在不影响制备效率的情况下，还能有效降低浮动化学气相沉积法氢气爆炸可能性的方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种石墨烯、碳纳米管的纳米材料的制备设备，达到对氢气妥善处理，在不影响制备效率的情况下仍有效降低氢气爆炸可能性的效果。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种石墨烯、碳纳米管的纳米材料的制备设备，包括化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备的出料管外侧套设有冷却机构，所述出料管的管口处承接有收集所述出料管出料的收集装置，所述收集装置和所述出料管外围设有开放式的排气装置，所述排气装置的内部气压低于外部气压。

作为本实用新型的一个优选实施方案，所述排气装置包括排气罩、排气管、排风机以及若干挡气板；所述收集装置设于若干个连接成框形的挡气板内部，所述出料管的管口端穿过一个挡气板并设于挡气板的内侧，所述出料管与所述挡气板之间的接口为密封接口，所述排气罩的下罩口悬罩于所述挡气板围成的框形区域的正上方，所述排风机进风口与所述排气罩的上罩口配接，所述排风机的出风口与所述排气管的一端连通连接，所述排气管的另一端通至室外。

作为本实用新型的一个优选实施方案，所述冷却机构包括套设在所述出料管外侧的中空的冷却环，所述冷却环的底端设有进水口，所述冷却环的顶端设有出水口，所述进水口连接有冷却水管道并通入冷却水，所述出水口连接有排水管道并通出使用后的冷却水。

作为本实用新型的一个优选实施方案，所述收集装置包括支撑平台和收集滚筒，所述挡气板垂直的设置于所述支撑平台上，所述收集滚筒设有u形滑座，所述u形滑座的两个自动端与所述收集滚筒的两端的轴心处连接有旋转电机，所述支撑平台上设有与所述出料管垂直的滑轨，所述u形滑座可在滑轨上滑行。

作为本实用新型的一个优选实施方案，所述支撑平台贯穿设有充气管，所述充气管向所述排气装置内通入氮气。

作为本实用新型的一个优选实施方案，所述出料管的管口处设置有挑钩，正对于所述出料管的挡风板贯穿设有通孔，所述通孔的朝向所述挡风板外侧的一端配置有密封控制套，所述挑钩的手柄端穿过所述通孔设于所述密封控制套内。

作为本实用新型的一个优选实施方案，所述挡风板的内侧位于所述通孔上方的位置设有绳耳，所述挑钩对应于所述通孔的位置设有绳孔，所述绳孔和所述绳耳之间连接有防脱绳。

作为本实用新型的一个优选实施方案，所述排气罩的下罩口的面积大于所述挡气板围成的框形的面积，所述排气罩的下罩口的位置高度低于所述挡气板的顶边高度。

作为本实用新型的一个优选实施方案，所述收集滚筒表面设有聚四氟乙烯涂层。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：冷却机构可以使得从出料管排出的氢气进行降温，非高温的氢气爆炸的可能性，能够大大减小；收集装置能够快速的将制备好的纳米材料直接在排气装置的笼罩的范围下进行收集，能够加快整体的生产效率，且排气装置是开放式的，排气装置的内部气压低于外部气压，在气压差的作用下，排气装置的内部气体是不会外泄的，相比于传统制备方法，在大大减小了对密封的要求的同时，还达到了防止氢气外泄爆炸的效果，更加方便实用。

附图说明

图1是本实用新型的冷却机构、排气装置结构示意图；

图2是本实用新型的收集装置结构示意图；

图3是图1中a区域的放大图。

图中：1、化学气相沉积设备；11、出料管；12、炉管；2、冷却环；3、收集滚筒；31、u形滑座；32、滑轨；33、支撑平台；4、排气罩；41、挡气板；42、排风机；43、排气管；5、挑钩；51、密封控制套；52、绳耳；53、防脱绳；6、充气管。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种石墨烯、碳纳米管的纳米材料的制备设备，包括化学气相沉积设备1，本实用新型采用的是三温区化学气相沉积设备1，制备纳米材料的原理和大致过程为：对用于反应原料的炉管12进行加热，然后再炉管12内放入原料，使其反应，然后从炉管12的前端通入载气，本实用新型采用的是氩气和氢气，将制备好的纳米材料从炉管12的后端也就是出料管11中吹出并收集，就完成了纳米材料的制备，而本实用新型的改进点就在于，在不影响制备效率的情况下，将氢气进行安全处理；

化学气相沉积设备1的出料管11外侧套设有冷却机构，出料管11的管口处承接有收集出料管11出料的收集装置，收集装置和出料管11外围设有开放式的排气装置，排气装置的内部气压低于外部气压。

本实用新型中的制备设备中，冷却机构可以使得从出料管11排出的氢气进行降温，非高温的氢气爆炸的可能性，能够大大减小；收集装置能够快速的将制备好的纳米材料直接在排气装置的笼罩的范围下进行收集，能够加快整体的生产效率，且排气装置是开放式的，排气装置的内部气压低于外部气压，在气压差的作用下，排气装置的内部气体是不会外泄的，相比于传统制备方法，在大大减小了对密封的要求的同时，还达到了防止氢气外泄而爆炸的效果，更加方便实用。

如图1和2所示，以下本实用新型的一个关于排气装置的具体实施例，排气装置包括排气罩4、排气管43、排风机42以及若干挡气板41；由于本实用新型的排气装置是应用于排气防爆的，所以本实用新型采用的排风机42为防爆排风机42，排风量为排风量为10-10000m³/h；

如图1和2所示，收集装置设于若干个连接成框形的挡气板41内部，出料管11的管口端穿过一个挡气板41并设于挡气板41的内侧，出料管11与挡气板41之间的接口为密封接口，排气罩4的下罩口悬罩于挡气板41围成的框形区域的正上方，排风机42进风口与排气罩4的上罩口配接，排风机42的出风口与排气管43的一端连通连接，为了达到更好的排风防爆目的，在实际使用时，会采取多段排风管和排风机42组合连接使用，使得排风防爆的效果更好，也因为排风机42的强大风力而形成排气装置的内部气压明显低于外部的气压，从而使得内部气体不会外泄；

排气管43的另一端通至室外，为了防止雷雨天雷击爆炸，还会在室外一端做好避雷处理，例如安装避雷针等；

排气罩4的下罩口的面积大于挡气板41围成的框形的面积；充分保证了出料管11的出口端和收集装置能够在排气装置的围设的范围之内，并且由于氢气比空气轻的特性，在氢气到达排气装置的区域后，会自然向上飘起至排气罩4的位置，而此时排风机42是一直工作的，排风机42将持续的把排气罩4内的氢气吸起排出，由于防爆排风机42的强大排气能力，造成排气罩4下方区域的气压是低于外部气压的，从而使得周围的空气也将被吸起，以此来实现防止氢气从排气罩4的下罩口逃逸的目的；

如图1和2所示，排气罩4的下罩口的位置高度低于挡气板41的顶边高度，具体实施时可根据实际需要调整排气罩4的下罩口和挡气板41顶边的高度差，以此来实现防止氢气外泄目的。

如图1所示，以下本实用新型的一个关于冷却机构的具体实施例，冷却机构包括套设在出料管11外侧的中空的冷却环2，冷却环2与出料管11直接相贴，冷却环2的底端设有进水口，冷却环2的顶端设有出水口，进水口连接有冷却水管道并通入冷却水，出水口连接有排水管道并通出使用后的冷却水；

当冷却环2内持续底端进水，顶端排水时，能够保证与冷却环2直接接触的出料管11能够被冷却，从而使得从出料管11内排出的氢气能够降温，使得在处理氢气时，更加的安全。

如图1和2所示，以下为本实用新型的一个关于收集装置的具体实施例，收集装置包括支撑平台33和收集滚筒3，挡气板41垂直的设置于支撑平台33上，收集滚筒3设有u形滑座31，u形滑座31的两个自动端与收集滚筒3的两端的轴心处连接有旋转电机，旋转电机工作就能够带动收集滚筒3滚动，支撑平台33上设有与出料管11垂直的滑轨32，u形滑座31可在滑轨32上滑行，u形滑座31和滑轨32之间的结构可参考直线电机的结构，由于现有的滑座和导轨技术非常成熟，在此便不做赘述；

由于制备好的纳米材料是气凝胶形态的，具有一定的粘性，所以在纳米材料被载气吹出后，纳米材料在载气气流的作用下粘附到承接在出料管11的管口处的收集滚筒3上，就能够使用收集滚筒3进行粘附收集；

而且收集滚筒3能够在u形滑座31滑动时而在沿着出料管11垂直的方向来回移动，从而使得纳米材料能够均匀的粘附收集在收集滚筒3上；而且收集滚筒3表面设有聚四氟乙烯涂层，在收集完成后，也能够轻松的将纳米材料从收集滚筒3上取下，方便实用。

如图2所示，以下为本实用新型的进一步实施方案，支撑平台33贯穿设有充气管6，充气管6向排气装置内通入氮气，在向上的氮气的抬升下，氢气能够更快的被排走，且排出之前在氮气的混合下，使得氢气的浓度更低，排气的时候更加安全，需要注意的是，在实际操作时，氮气通入量也会远小于排风机42排风量的，所以不会造成排气装置内部气压大于外部气压。

如图1和3所示，以下为本实用新型的进一步实施方案，出料管11的管口处设置有挑钩5，正对于出料管11的挡风板贯穿设有通孔，通孔的朝向挡风板外侧的一端配置有密封控制套51，挑钩5的手柄端穿过通孔设于密封控制套51内；挡风板的内侧位于通孔上方的位置设有绳耳52，挑钩5对应于通孔的位置设有绳孔，绳孔和绳耳52之间连接有防脱绳53；

挑钩5能够再纳米材料排出时，将纳米材料挑起，引导气凝胶状的纳米材料粘附到收集滚筒3上，使得纳米材料的收集过程更加方便快速；而密封控制套51的存在，能够在不影响挡风板挡气的情况下，操作控制挑钩5，更加方便使用；防脱绳53的存在，则能够保证挑钩5的把手一直在密封控制套51的范围之内。

以下是利用上述的一种石墨烯、碳纳米管的纳米材料的制备设备来制备纳米材料的方法，包括以下步骤：

s1、将化学气相沉积设备1升到所需温度，以便制备纳米材料；

s2、提前向化学气相沉积设备1的连接了出料管11的炉管12内通入氩气，同时利用充气管6向排气装置内通入氮气，打开排风机42进行抽气；

s3、利用化学气相沉积设备1在炉管12内注入原料，且向炉管12内通入氩气和氢气，同时向冷却环2内注入冷却水，向炉管12内通入氩气和氢气，将制备好的纳米材料从出料管11吹出；

s4、用挑钩5引导纳米材料黏在滚动的收集滚筒3上，利用收集滚筒3收集纳米材料；

s5、收集完成后，停止向化学气相沉积设备1内注射原料同时停止通入氢气，继续保持通入氩气十分钟，停止向冷却环2内注入冷却水；

s6、放下收集系统前方的挡气板41，取出收集完纳米材料的收集滚筒3，更换上新的收集滚筒3；全部完成后，从s2重新开始，便能够开启下一次的制备。

而传统的生产过程是：关闭密闭箱门并检查密闭箱的气密性；向化学气相沉积设备1炉管12内通入氩气，同时向密闭箱体中通入氮气置换箱体中的空气，直到箱体中的空气浓度低于1％(时间通常在2小时左右)；通过传统的化学气相沉积合成所需的纳米材料，合成的纳米材料在炉管12内类似于气凝胶状，在载气氢气和氩气作用下从炉管12口吹出，用钩子钩住并引导纳米材料黏到滚筒上然后随着滚筒转动不停的缠绕收集；收集完成后关闭化学气相沉积设备1前段的原料注射同时关闭氢气，保持氩气；同时向密闭箱体中通入n2置换箱体中的氢气，直到箱体中的氢气浓度低于1％(时间通常也在2小时左右)；然后打开密闭箱体前方的取料舱门，取出收集完纳米材料的收集滚筒3，更换上新的滚筒。

传统制备方法的不足在于，通常整个纳米材料的收集过程大概在4-6小时左右，而收集前后的两次置换气时间就需要4小时左右，这极大的增加了一个生产过程的时间，导致了生产效率低材料成本高昂影响材料的价格及普及率和生产效率。同时由于安装在密闭箱体中的收集系统电机，照明设备需要通过导线和外界的电源及控制系统连接，导线需要在密闭箱体上打孔，而且密闭箱体上需要有一个能打开取料的舱门，并且舱门面积大，且高温下陶瓷管容易裂，这些因素都会导致生产过程中密封箱体出现漏气的可能，一旦密闭箱体漏气，那么空气会进入到箱体中在高温下遇到氢气产生爆炸，存在极大的安全隐患；

而本实用新型的优势在于制备设备采用开放式的布局，同时在化学气相沉积设备1的出料管11安装一段冷却机构，该冷却机构可以降低从出料管11出来气体的温度，将气体温度降低到低于氢气的燃点，收集装置四周安装挡气板41同时在上部安装大风量的排风机42及大面积的排气罩4，同时排气罩4的下沿低于挡气板41一定高度，在下面不断通入氮气和上方排风机42不断抽气的工况条件下可以将化学气相沉积设备1出料管11的管口处出来的氢气第一时间抽走排到室外，这就节省了生产过程中两次排气时间大大增加了生产效率，同时由于是开放的设备不用担心空气进入遇到氢气产生爆炸，消除了安全隐患。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。