一种持压连续、微波加热膨化爆裂剥离的石墨烯生产设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及石墨烯的生产设备，属于新材料领域。
【背景技术】
[0002] 石墨稀（Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳 原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材 料。通常情况下5层以内均可称为石墨烯。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料， 它几乎是完全透明的，只吸收2. 3 %的光；导热系数高达5300W/m?K，高于碳纳米管和金 刚石，常温下其电子迀移率超过15000cm2/V?s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约 10-6Q?_，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。石墨烯是迄今为止世界上强度最大 的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约10 万纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂。
[0003] 石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用 于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子 领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生 产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迀移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另 外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于 其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。
[0004] 目前生产石墨烯的设备均无法实现以连续生产成为工业化规模，采取的方式仍是 间歇批次式的生产模式。
[0005] 其中氧化还原法来制备石墨烯是主流，运用此方法首先必须制得氧化石墨后，在 高温下急速加温，使其膨化，获得最佳膨胀体积。同时在XRD分析下其片导C轴间距扩大至 5-7Ao,奠定超音波剥离的基础。上述的高温高达900 °C，一般皆用马弗炉来制备，由电源加 温，预热至预期温度，耗时耗能，另外，其膨化的均匀性并不稳定，使得膨胀体积分布较广， 直接影响至下一步剥离的稳定性。
[0006] 传统加热法不仅耗时耗能，其所得的微孔结构，界于800nm-lOOOOnm之间，不但 高于纳米且分布极广。另外，其孔径容积亦大且分布宽，使得制备石墨烯质量较不稳定，增 加高纯纳米级石墨稀制备的难度。
[0007] 石墨必须使用强酸型氧化剂以及插层剂，才能充分氧化，加热后膨胀。而所使用后 的强酸型氧化剂，由洗涤的工艺开始，即面对环保污染的重荷。
[0008] 电解法虽能解决部分上述的问题，但设备工艺复杂而且成本甚高。 【实用新型内容】
[0009] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种制备石墨烯的新设备。
[0010] 一种持压连续、微波加热膨化爆裂剥离的石墨烯生产设备，其特征在于包括持压 传送带和分布于持压传送带周围的微波发生系统；
[0011] 其中所述持压传送带包括两条循环转动带，两条循环转动带的相对面同步转动； 在所述相对面的各自的外侧包括持压平台，所述持压平台为相对于循环转动带转动方向静 止的热压平板或随循环转动带转动的履带平台；还包括调控持压平台对所述相对面之间压 力的液压系统。
[0012] 本实用新型的设备优选的包括膨化段和焙烧段，所述膨化段包括工作腔体、位于 工作腔体内部的所述持压传送带和分布于工作腔体外部的所述微波发生系统；所述膨化段 通过传送带连接焙烧段，所述焙烧段包括工作腔体和位于工作腔体外部的微波发生系统， 所述传送带穿过所述焙烧段的工作腔体。
[0013] 优选的所述膨化段的工作腔体为五边形，且具有竖直方向的对称轴，所述膨化段 的微波发生系统分布于上侧的两个边和底边上；所述焙烧段的工作腔体为圆筒形。
[0014] 优选的所述膨化段的工作腔体长度为1700m-2100m，所述焙烧段的工作腔体长度 为 2800m-3200m。
[0015] 优选的所述膨化段包括输出总功率为36kW的位于工作腔体的上部的21组和下部 的14组微波发生系统，所述焙烧段包括输出总功率为20kW的分别位于工作腔体左右两侧 的共20组微波发生系统。
[0016] 优选的所述膨化段的微波发生系统包括50_的压接耐高温石英片加长波导，所 述焙烧段的微波发生系统包括300_的水冷循环波导。
[0017] 优选的所述焙烧段的工作腔体包括三层隔热结构，中间层为耐火隔热隔温材料， 内层和外层为耐高温不锈钢。
[0018] 优选的所述液压系统包括液压缸、油箱、液压阀和伺服器，所述液压缸包括位于持 压平台两侧的两列液压缸。
[0019] 优选的所述持压平台和循环转动带之间包括滚动装置，所述滚动装置为滚子或 辊。
[0020] 优选的所述滚子具有多个形成滚子毯，所述滚动系统包括液压油或固相润滑剂， 位于所述滚子上以及所述持压平台与所述循环转动带的接触面之间。
[0021] 技术效果：
[0022] 本实用新型的设备的膨化段，运用微波由内分子结构加热的特性，以及石墨本身 可制成不同阶数（所谓阶数为插层剂插入石墨层间时间隔的层数）的层间化合物后可加热 膨化的条件，再开创以持压下连续生产的模式，将微波辐射进入石墨及其层间化合物。由于 石墨的导电性形成涡电流以及层间插入物的介电性，微波对其形成的偶极子谐振，分子间 摩擦生热，因而使得氧化石墨层间内部温度急速上升，迅速产生膨化作用。本实用新型运用 的连续持压模式是在外加高压下抑制上述层状石墨z轴向的膨化推力，直至传输到循环转 动带端口。在端口处，环境压力突降为大气压，使得层间内的外受高压与抑制压力，急速降 低释放，立即形成巨大的向上顶开矢量，克服石墨层间范德华力，因而产生层间剥离。
[0023] 本实用新型利用持续的外加力量，由上下循环传送带对石墨的挤压，通过回旋运 动保持连续运作，达到施压作用的维持，即持压的方式。由于采用了持压方式，上述在端口 处突然的压降其释放出的压力将改变成由x、y、z三向力合成的矢量，而非全部沿着z轴，如 此结果将可获得向上顶力以及剪切力，实现各个方向的膨胀即爆裂膨化的效果，可以充分 的打开层间片层。
[0024] 在膨化段后可进一步连接焙烧段，通过微波加热焙烧对膨化后的物料进一步进行 杂质的去除。
[0025] 本实用新型最重要的创建是持压连续生产模式取代间歇批次式，使膨胀石墨能工 业规模生产。已形成的不同阶插入、多元插入物插入的层间化合物经由传送带，送入上下加 压平台之间，藉由液压伺服机构的调整使上下加压平台的间隙改变亦即施加于石墨的压力