本申請(qǐng)涉及石墨烯，尤其涉及一種石墨烯制備方法。

背景技術(shù)：

1、石墨烯是一種二維的碳質(zhì)新材料，在熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、電子應(yīng)用等領(lǐng)域具有獨(dú)特的物理特性，是值得高度關(guān)注的新材料。

2、在工業(yè)制備石墨烯上，傳統(tǒng)的機(jī)械剝離、化學(xué)剝離方法的剝離效率低、耗時(shí)長(zhǎng)，并且化學(xué)剝離還存在成本高的問題。因此，如何在較低成本下提高石墨烯制備的效率是亟待解決的問題。

3、需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本申請(qǐng)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N石墨烯制備方法，至少提供了一種成本較低、且制備石墨烯的效率較高的方案。

2、本申請(qǐng)的其他特性和優(yōu)點(diǎn)將通過下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過本申請(qǐng)的實(shí)踐而習(xí)得。

3、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供一種石墨烯制備方法，利用三級(jí)制備爐制備石墨烯，所述三級(jí)制備爐包括一級(jí)攪拌爐、二級(jí)攪拌爐和振蕩爐，所述一級(jí)攪拌爐的內(nèi)壁設(shè)置有多個(gè)金屬腐蝕片，所述二級(jí)攪拌爐外壁設(shè)置有多個(gè)電磁鐵，所述方法包括：將鱗片石墨粉劑置入預(yù)設(shè)溶劑中并攪拌均勻，得到待處理溶液；將所述待處理溶液倒入所述一級(jí)攪拌爐，攪拌第一時(shí)長(zhǎng)，得到一級(jí)溶液；向所述一級(jí)溶液中加入鐵粉并混合均勻，得到混合溶液，將所述混合溶液倒入所述二級(jí)攪拌爐，攪拌第二時(shí)長(zhǎng)，得到二級(jí)溶液，其中，各個(gè)電磁鐵按照預(yù)設(shè)策略進(jìn)行通電與斷電，以便于通電吸附所述混合溶液中的鐵粉微粒，在所述二級(jí)攪拌爐的內(nèi)壁形成簇狀碰撞靶，及斷電釋放所述簇狀碰撞靶中的鐵粉微粒及嵌入所述簇狀碰撞靶中的石墨微粒；將所述二級(jí)溶液倒入所述振蕩爐，并調(diào)制為膠體，向所述膠體施加高頻變換磁場(chǎng)，持續(xù)第三時(shí)長(zhǎng)后從所述膠體中分離出石墨烯。

4、一級(jí)攪拌爐中利用多個(gè)金屬腐蝕片粗糙的邊緣來撞擊石墨微粒，由于金屬腐蝕片為一個(gè)整體，在與石墨微粒碰撞時(shí)可以更加穩(wěn)固，因而可以快速將石墨微粒中的單層或多層石墨初步分離，形成主要包括單層石墨烯、多層石墨烯的一級(jí)溶液及更細(xì)微的石墨顆粒。之后，通過電磁鐵在二級(jí)攪拌爐的內(nèi)壁中吸附出由鐵粉組成簇狀碰撞靶，由于簇狀碰撞靶中可與細(xì)微石墨微粒及多層石墨烯碰撞的面積更大，因此可以快速將一級(jí)溶液中的多層石墨烯及細(xì)微石墨微粒碰撞成單層或?qū)訑?shù)更小的石墨烯。最后，在振蕩爐中利用高頻磁場(chǎng)振蕩鐵粉微粒來碰撞多層石墨烯及膠體的拉伸作用，可以快速、且更好地將多層石墨烯碰撞分離出單層石墨烯，最終得到石墨烯厚度均勻、且更薄的石墨烯。利用制備過程中石墨微粒、多層石墨烯的含量不同，通過三級(jí)制備爐制備石墨烯，可以更快地制備出厚度均勻、且更薄的高質(zhì)量石墨烯，并且利于工業(yè)應(yīng)用上的石墨烯制備。

5、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)金屬腐蝕片中的每一金屬腐蝕片具有邊框，以維持金屬腐蝕片的結(jié)構(gòu)；所述多個(gè)金屬腐蝕片中至少一個(gè)金屬腐蝕片的結(jié)構(gòu)為半螺旋面，且設(shè)置方向?yàn)槁菪蛩鲆患?jí)攪拌爐的底部。

6、金屬腐蝕片具有邊框可以保持金屬腐蝕片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，避免金屬腐蝕片在高速液體中被沖擊而變形，保證金屬腐蝕片可以充分與石墨微粒進(jìn)行碰撞，延長(zhǎng)金屬腐蝕片的壽命。

7、通過設(shè)置金屬腐蝕片的結(jié)構(gòu)為半螺旋面，可以引導(dǎo)溶液流動(dòng)，避免石墨微粒及單層或多層石墨烯卡在金屬腐蝕片上。

8、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述一級(jí)攪拌爐的直徑與每一金屬腐蝕片在所述直徑方向上的高度之比為15:1~8.5:1。

9、通過設(shè)置一級(jí)攪拌爐的直徑與每一金屬腐蝕片在該直徑方向上的高度之比為15:1~8.5:1，可以在保證一級(jí)攪拌爐內(nèi)的溶液可以高速攪動(dòng)時(shí)，保證金屬腐蝕片與石墨微粒的撞擊面積。

10、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)金屬腐蝕片的大小及形狀相同，且均勻設(shè)置在所述一級(jí)攪拌爐內(nèi)壁同一高度的周長(zhǎng)方向上。

11、通過設(shè)置多個(gè)金屬腐蝕片的大小及形狀相同，且均勻設(shè)置在一級(jí)攪拌爐內(nèi)壁同一高度的周長(zhǎng)方向上，可以使得一級(jí)攪拌爐中的溶液在攪拌時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的更加穩(wěn)定，有利于石墨烯的分離。

12、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)電磁鐵均勻設(shè)置在所述二級(jí)攪拌爐的高度方向上、且依次均勻地設(shè)置在所述二級(jí)攪拌爐的周長(zhǎng)方向上；所述預(yù)設(shè)策略包括：在所述二級(jí)攪拌爐的高度方向上，從高到低每間隔第四時(shí)長(zhǎng)依次對(duì)各個(gè)電磁鐵進(jìn)行斷電，且在下一個(gè)電磁鐵斷電時(shí)，重新將當(dāng)前處于斷電狀態(tài)的電磁鐵通電，同一時(shí)間僅有一個(gè)電磁鐵處于斷電狀態(tài)。

13、通過均勻設(shè)置多個(gè)電磁鐵在二級(jí)攪拌爐的高度方向上、且依次均勻地設(shè)置在二級(jí)攪拌爐的周長(zhǎng)方向上，有利于溶液在二級(jí)攪拌爐內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以及有利于溶液中不同高度的石墨微粒及多層石墨烯充分地與簇狀碰撞靶進(jìn)行碰撞，從而更好地剝離出單層石墨烯。

14、利用逐個(gè)對(duì)電磁鐵進(jìn)行斷電，并同一時(shí)間僅有一個(gè)電磁鐵出處于斷電狀態(tài)的預(yù)設(shè)策略，可以避免石墨微粒及多層石墨烯嵌入在簇狀碰撞靶上，使得利用二級(jí)攪拌爐處理后得到的二級(jí)溶液中具有更高含量的單層石墨烯，從而更快地制備出厚度均勻、且更薄的高質(zhì)量石墨烯。

15、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)溶劑為去離子水，所述鱗片石墨粉劑與所述去離子水的重量比為1:2000~1:500。

16、在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例中，在所述一級(jí)攪拌爐中攪拌所述待處理溶液時(shí)的轉(zhuǎn)速為1800~2300r/min，所述第一時(shí)長(zhǎng)為40~60min；在所述二級(jí)攪拌爐中攪拌所述待處理溶液時(shí)的轉(zhuǎn)速為2000~5000r/min，所述第二時(shí)長(zhǎng)為15~30min；所述第三時(shí)長(zhǎng)為10~30min。

17、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請(qǐng)。

技術(shù)特征：

1.一種石墨烯制備方法，其特征在于，利用三級(jí)制備爐制備石墨烯，所述三級(jí)制備爐包括一級(jí)攪拌爐、二級(jí)攪拌爐和振蕩爐，所述一級(jí)攪拌爐的內(nèi)壁設(shè)置有多個(gè)金屬腐蝕片，所述二級(jí)攪拌爐外壁設(shè)置有多個(gè)電磁鐵，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯制備方法，其特征在于，所述多個(gè)金屬腐蝕片中的每一金屬腐蝕片具有邊框，以維持金屬腐蝕片的結(jié)構(gòu)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯制備方法，其特征在于，所述一級(jí)攪拌爐的直徑與每一金屬腐蝕片在所述直徑方向上的高度之比為15:1~8.5:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的石墨烯制備方法，其特征在于，所述多個(gè)金屬腐蝕片的大小及形狀相同，且均勻設(shè)置在所述一級(jí)攪拌爐內(nèi)壁同一高度的周長(zhǎng)方向上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯制備方法，其特征在于，所述多個(gè)電磁鐵均勻設(shè)置在所述二級(jí)攪拌爐的高度方向上、且依次均勻地設(shè)置在所述二級(jí)攪拌爐的周長(zhǎng)方向上；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯制備方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)溶劑為去離子水，所述鱗片石墨粉劑與所述去離子水的重量比為1:2000~1:500。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯制備方法，其特征在于，在所述一級(jí)攪拌爐中攪拌所述待處理溶液時(shí)的轉(zhuǎn)速為1800~2300r/min，所述第一時(shí)長(zhǎng)為40~60min；

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N石墨烯制備方法，涉及石墨烯技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：將鱗片石墨粉劑置入預(yù)設(shè)溶劑中并攪拌均勻，得到待處理溶液；將待處理溶液倒入一級(jí)攪拌爐，攪拌第一時(shí)長(zhǎng)，得到一級(jí)溶液；向一級(jí)溶液中加入鐵粉并混合均勻，得到混合溶液，將混合溶液倒入二級(jí)攪拌爐，攪拌第二時(shí)長(zhǎng)，得到二級(jí)溶液，各個(gè)電磁鐵按照預(yù)設(shè)策略進(jìn)行通電與斷電，以便于通電吸附混合溶液中的鐵粉微粒，在二級(jí)攪拌爐的內(nèi)壁形成簇狀碰撞靶，及斷電釋放簇狀碰撞靶中的鐵粉微粒及嵌入簇狀碰撞靶中的石墨微粒；將二級(jí)溶液倒入振蕩爐，并調(diào)制為膠體，向膠體施加高頻變換磁場(chǎng)，持續(xù)第三時(shí)長(zhǎng)后從膠體中分離出石墨烯。此種制備石墨烯的方式，成本較低、且制備石墨烯的效率較高。

技術(shù)研發(fā)人員：鄺石,鄺磊,郭亦澤,郭建文,王雪鴻
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中一北工科技發(fā)展股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19