CN106082164B - 一种碳膜及其生产方法与生产设备 - Google Patents
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Abstract
一种碳膜的生产方法，主要是将碳源原料加热成液体，液体碳源原料在融液槽的高温高密度液体表面形成一层碳源原料薄层，碳源原料薄层加热碳化变成固体碳膜，碳膜可以进一步高温石墨化变成石墨膜。
Description
技术领域
本发明涉及到新材料领域，特别是涉及到一种新型二维碳材料及其生产方法。
背景技术
碳材料有石墨、钻石、活性炭、碳纤维、石墨烯等形式，其中只有石墨烯是二维材料，石墨烯价格昂贵且单片石墨烯比较小，难于大面积推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本较低、可以大规模制造的新的二维碳材料。将碳源原料放在互不相溶的高密度液体表面形成一层碳源原料薄层，碳源原料薄层加热碳化变成固体碳膜，碳膜可以进一步高温石墨化变成石墨膜。所述的碳源原料可以是石油沥青，也可以是煤沥青，还可以是其他碳含量高的有机高分子材料，如粘胶等。所述高密度液体可以是融熔的金属液体，如融熔的铅、锡、铝、铅锡合金等，也可以是融熔的无机化合物，如融熔的硝酸钾、硫酸钠、氯化钡等，还可以是融熔的无机混合物。所述碳源原料的加热可以是通过衬底的高温液体来传热加热，也可以是从原料的上方辐射加热，还可以有其他方式碳原料加热如热风加热。所述碳膜的高温石墨化可以是自加热升温石墨化如碳膜通电自加热，也可以是外热源传热高温石墨化如高温炉加热，还可以有其他方式来高温石墨化如碳膜高频感应加热、激光加热等。所述碳膜的碳含量在90%以上，具备高强度、耐腐蚀、耐老化的特点。石墨化的碳膜上述特点更加突出，其碳含量在99%以上。
一种碳膜的生产装置主要包括原料投料装置、融液槽、传动装置、加热装置、成品取出装置。所述的原料投料装置主要是将原料定量投入到融液槽，主要包括一个料斗、一个加热装置、一个耐高温定量输液泵；所述融液槽主要是盛放高密度的融液，以便原料在融液的表面形成液体薄层，融液槽由耐高温陶瓷做成，形状可以为圆形、方形等；所述传动装置主要是推动融液槽在各工位流转，可以是转盘也可以是传送带；所述加热装置主要是通过电热辐射方式加热原料使其碳化；所述成品取出装置主要是通过真空吸取方式将碳膜从生产装置取出。
附图说明
附图1是碳膜的生产流程示意图，其中11—碳原料投放、12—在高密度液体表面形成一层原料薄层、13--原料薄层加热碳化、14--高温石墨化、15--成品石墨膜取出。
附图2是碳膜生产装置的示意图，其中21--融液槽、22--传动装置、23--原料投料装置、24--加热装置、25--成品取出装置。
具体实施方式
实施例一
将石油沥青放入原料投料装置的料斗，原料投料装置的加热装置将石油沥青加热成液体，原料投料装置的耐高温定量输液泵将液体石油沥青原料定量投入到耐高温的方形陶瓷融液槽；石油沥青在融液槽的高密度的高温融铅表面形成一层石油沥青薄层；转盘传动装置将有石油沥青薄层的融液槽送入加热工位，位于石油沥青薄层上方的电热棒辐射加热，石油沥青薄层碳化变成固体碳膜；碳膜可以进一步自通电加热高温石墨化，变成石墨膜。
实施例二
将煤沥青放入原料投料装置的料斗，原料投料装置的加热装置将煤沥青加热成液体，原料投料装置的耐高温定量输液泵将液体煤沥青原料定量投入到耐高温的方形陶瓷融液槽；煤沥青在融液槽的高密度的高温融铅表面形成一层煤沥青薄层；转盘传动装置将有煤沥青薄层的融液槽送入加热工位，位于煤沥青薄层上方的电热棒辐射加热，煤沥青薄层碳化变成固体碳膜；碳膜可以进一步自通电加热高温石墨化，变成石墨膜。
实施例三
将液体粘胶放入原料投料装置的原料箱，原料投料装置的耐高温定量输液泵将液体粘胶原料定量投入到耐高温的圆形陶瓷融液槽；粘胶青在融液槽的高密度的高温融铅表面形成一层粘胶薄层；转盘传动装置将有粘胶薄层的融液槽送入加热工位，位于粘胶薄层上方的电热棒辐射加热，粘胶薄层碳化变成固体碳膜；碳膜可以进一步自通电加热高温石墨化，变成石墨膜。
实施例四
将碳源高分子聚合物放入原料投料装置的料斗，原料投料装置的加热装置将高分子聚合物加热成液体，原料投料装置的耐高温定量输液泵将液体高分子聚合物原料定量投入到耐高温的方形陶瓷融液槽；高分子聚合物沥青在融液槽的高密度的高温融铅表面形成一层高分子聚合物薄层；转盘传动装置将有高分子聚合物薄层的融液槽送入加热工位，位于高分子聚合物薄层上方的电热棒辐射加热，高分子聚合物薄层碳化变成固体碳膜；碳膜可以进一步自通电加热高温石墨化，变成石墨膜。
实施例五
将碳源高分子聚合物放入原料投料装置的料斗，原料投料装置的加热装置将高分子聚合物加热成液体，原料投料装置的耐高温定量输液泵将液体高分子聚合物原料定量投入到耐高温的圆形陶瓷融液槽；高分子聚合物沥青在融液槽的高密度的高温融熔铅合金表面形成一层高分子聚合物薄层；传送带装置将有高分子聚合物薄层的融液槽送入加热工位，位于高分子聚合物薄层上方的电热棒辐射加热，高分子聚合物薄层碳化变成固体碳膜；碳膜可以进一步自通电加热高温石墨化，变成石墨膜。
实施例六
将煤沥青放入原料投料装置的料斗，原料投料装置的加热装置将煤沥青加热成液体，原料投料装置的耐高温定量输液泵将液体煤沥青原料定量投入到耐高温的方形陶瓷融液槽；煤沥青在融液槽的高密度的高温融铅表面形成一层煤沥青薄层；转盘传动装置将有煤沥青薄层的融液槽送入加热工位，位于煤沥青薄层上方的电热棒辐射加热，煤沥青薄层碳化变成固体碳膜。
实施例七
将石油沥青放入原料投料装置的料斗，原料投料装置的加热装置将石油沥青加热成液体，原料投料装置的耐高温定量输液泵将液体石油沥青原料定量投入到耐高温的方形陶瓷融液槽；石油沥青在融液槽的高密度的高温融熔铅锡合金表面形成一层石油沥青薄层；转盘传动装置将有石油沥青薄层的融液槽送入加热工位，位于石油沥青薄层上方的电热棒辐射加热，石油沥青薄层碳化变成固体碳膜。
上述实施例只是本发明的部分应用，不同的原料、不同的生产工艺、不同的设备有许多不同的组合，都可以实现本发明。
Claims (7)
1.一种碳膜的生产方法，其特征在于生产流程主要分二步，一是碳源原料在融熔金属表面形成碳源原料液体薄层，二是碳源原料液体薄层加热碳化形成碳膜。
2.根据权利要求1所述的碳膜生产方法，其特征在于所述的融熔金属为融熔铅及融熔铅合金。
3.根据权利要求2所述的碳膜生产方法，其特征在于所述的融熔金属为融熔铅锡合金。
4.根据权利要求1所述的碳膜生产方法，其特征在于所述的碳原料为沥青。
5.根据权利要求1所述的碳膜生产方法，其特征在于碳膜进一步高温石墨化。
6.根据权利要求1所述方法生产的碳膜，其特征在于碳膜的碳含量大于90%。
7.根据权利要求5所述方法生产的碳膜，其特征在碳膜的碳含量大于99%，且已基本石墨化。
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