石墨烯生成装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明是一种生成装置，特别是一种石墨烯的生成装置。
【背景技术】
[0002]石墨烯(graphene)是一种单层原子厚的碳材料,每个碳原子之间以sp2混成与相邻的三个原子形成键结，并延伸成蜂窝状的二维结构。而且石墨烯还以良好的载流子迁移率(carrier mobility)著称，因为其具有优异的电学性能、化学稳定性、良好的导热及高穿透率等性质，所以石墨烯目前已被广泛应用于半导体、触控面板或太阳能电池等领域中的热门材料。
[0003]—般石墨烯的生成方式有机械剥离法(mechanical exfoliat1n)、嘉晶成长法(epitaxial growth)、化学气相沈积法(chemical vapor deposit1n, CVD)及化学剥离法(chemical exfoliat1n)等方法。其中，机械剥离法及嘉晶成长法,虽然可以生成质量较好的石墨烯，但这两种方法均无法大量合成石墨烯。
[0004]而且，若采用化学气相沈积法，其操作温度为近千度的高温，还需要昂贵的金属基板，且制备过程须耗费数小时才能完成。上述这些方法的不足之处，都限制了石墨烯的生产及后续的应用。而化学剥离法则是在强酸、强氧化的条件下，通过将石墨氧化还原的方法生成石墨烯。该方法虽然适合大量生产，但其生成的石墨烯的表面结构和大小较不理想。
[0005]除了上述的生成方法以外，也可通过电化学剥离法生成石墨烯。其主要的作用原理是通过电解质与石墨表面的相互作用，使得阳极的石墨材料表层被氧化并剥离。虽然已知电化学剥离的方式，但无法控制石墨原材料从电极上剥离的程度(可能无法完全剥离)，并且无法有效率的应用电解槽的空间。然而与上述其它的生成方法相比较，电化学剥离法能够快速且经济地在室温环境下制造石墨烯，也就是说，若能改善化学剥离法的生成效率、石墨烯产量，将能使电化学剥离法成为经济且大规模制作石墨烯的生成方法。
[0006]因此，如何提供一种能在常温下生产，成本低廉、提升效率及提高整体生产高质量的石墨烯生成装置，已成为本领域亟需解决的重要课题之一。
【发明内容】
[0007]有鉴于上述课题，本发明的目的是提供一种可提升石墨烯产量、生成效率以及可量产的石墨烯生成装置。
[0008]为达上述目的，依据本发明可提供一种石墨烯生成装置，其包括电解槽、夹具、至少一第一电极、至少一第二电极、石墨烯材料以及多孔填充材料。
[0009]电解槽能够填充电解液，至少一第二电极与第一电极相对设置。且夹具夹置第一电极与第二电极。石墨烯材料可设置在第二电极。多孔填充材料可设置在第一电极以及第二电极之间。
[0010]在一实施例中,还包括电源供应器,其分别与第一电极和第二电极电性连接，并使第一电极与第二电极产生一电势差。[0011 ] 在一实施例中，第一电极与第二电极具有电势差，且电势差介于5伏特至100伏特之间。
[0012]在一实施例中，电势差还可介于10伏特至50伏特之间。
[0013]在一实施例中，还包括滤网，其设置在多孔填充材料与石墨烯材料之间。
[0014]在一实施例中，多孔填充材料的孔径大小介于5 μ m至Imm之间。
[0015]在一实施例中，其中多孔填充材料是多孔陶瓷板、海绵、发泡塑料、塑料网、沸石、石英绵或其组合。
[0016]在一实施例中，第一电极和第二电极是石墨材料或金属所制成。
[0017]在一实施例中，还包括一进液单元以及一排气单元。
[0018]承上所述，本发明可通过在第一电极与第二电极之间夹置多孔填充材料，且通过多孔填充材料使得电解液能够均匀地与电极上的石墨烯材料反应。因此，本发明可实现提供一种能在常温下生产，成本低廉、提升效率及提高整体生产高质量的石墨烯生成装置的目的。
【附图说明】
[0019]图1是一种本发明的石墨烯生成装置的第一实施例的立体示意图。
[0020]图2是图1的实施例的侧面示意图。
[0021 ] 图3是通过本发明的石墨烯生成装置与已知电化学剥离制程的数量比例-产量长条图。
[0022]图4是通过本发明的石墨烯生成装置与已知电化学剥离制程的厚度分布-比例长条图。
[0023]图5是一种本发明的石墨烯生成装置的第二实施例的侧面示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下将参照相关附图，说明按照本发明较佳实施例的一种石墨烯生成装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。
[0025]请先参考图1至图4，图1是一种本发明的石墨烯生成装置的第一实施例的立体示意图。图2是图1的实施例的侧面示意图。图3是通过本发明的石墨烯生成装置与已知电化学剥离制程的产率-长条图。图4是通过本发明的石墨烯生成装置与已知电化学剥离制程的厚度分布-比例长条图。
[0026]本发明的第一实施例的石墨烯生成装置I，其包括电解槽10、至少一第一电极11、至少一第二电极12、石墨烯材料13、多孔填充材料14以及夹具18。
[0027]本实施例的电解槽10具有一容置槽体，其能够填充电解液S。本实施例的电解液S可为石墨烯溶液。
[0028]请特别参考图1以及图2，至少一第二电极12与第一电极11会相对设置，且第一电极11与第二电极12可形成一电极模块。此外，本实施例的第一电极11是一惰性电极，是由石墨材料或金属所制成。本实施例的第二电极12也可由石墨材料或金属所制成，此处的石墨材料或是金属材料例如可由天然石墨、人造石墨、铜、不锈钢、白金等材料所制成，但不以这些材料为限制。
[0029]此外，本实施例的石墨烯材料13可设置在第二电极12。且此处的石墨烯材料13的设置方式可以是部分或是全部覆盖第二电极12的方式。此处的石墨烯材料13可选用天然石墨、人造石墨等任何具有石墨化排列的碳材料。
[0030]多孔填充材料14可设置在第一电极11以及第二电极12之间。详细来说，多孔填充材料14还可设置在石墨烯材料13以及第二电极12之间，所以，通过此配置，本实施例设置的多孔填充材料14可避免第二电极12与石墨烯材料13接触造成短路的问题。而且也可以通过不同的多孔填充材料14调整第一电极11以及第二电极12的距离(间隔距离即为多孔填充材料14的厚度)进而调整整体的反应速度。简单来说，通过本实施例这种配置，可更有效的堆叠多于一个电极模块在电解槽10,并可有效的提高整体的产量。
[0031]此外，还利用其上的孔洞使电解液S均匀的被引导至第一电极11以及第二电极12的表面，并产生电化学反应。最后再通过其上的孔洞将电化学反应中产生的气体排出。补充说明的是，通过多孔填充材料14的孔洞，石墨烯材料13的表面能够均匀的与电解液S产生反应，并可控制其反应的深度约在Imm?30mm之间，较佳地可限制在Imm?1mm之间，所以剥落的石墨烯产物厚度能够被控制。
[0032]而且，本实施例的多孔填充材料14可选用多孔陶瓷板、海绵、发泡塑料、塑料网、沸石、石英绵或其组合，但不以这些材料为限制。且本实施例可选用、搭配的多孔填充材料14的孔径大小可介于5 μ m至Imm之间。
[0033]夹具18能够夹置第一电极11与第二电极12，也就是说，本实施例的第一电极11与第二电极12因而被固定、设置在夹具18之间。所以通过夹具18的设置，本实施例的石墨烯材料13可被固定、局限于多孔材料14与第二电极12之间，因而使得石墨烯材料13能够完全反应，且可达到80%的剥离程度。
[0034]此外，本实施例的石墨烯生成装置I还可包括电源供应器15，其分别与第一电极11和第二电极12电性连接,并使第一电极11与第二电极12产生一电势差。且电源供应器
15可提供直流电或交流电。
[0035]另外，本实施例的石墨烯生成装置I还可包括进液单元16以及排气单元(图未示出)。进液单元16用来补充电解液S，而排气单元则用来将反应中产生的气体的排出。
[0036]实际操作时，按照顺序将第一电极11、第二电极12及多孔填充材料14安装在电解槽10中。接着，电解液S通过多孔填充材料14的孔洞引导使电解液S与第二电极12上的石墨烯材料13接触。
[0037]第一电极11与第二电极12具有电势差，在反应过程中，电势差将会使得电解液S电解并产生氢气与氧气，这些气体可通过