CN106672952A - 石墨烯及其制备方法和微射流设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石墨烯及其制备方法和微射流设备，涉及纳米碳材料技术领域。本发明提供的微射流设备，是在高压下利用阀芯与阀座的配合作用，通过改变阀芯与阀座之间的环形间隙来调节节流面积，从而产生高速射流，进而实现对石墨层片的剥离、粉碎、剪切和细化，其中，所述阀芯采用金刚石材质，不仅能够制备硬度较高的粉体，还改善了传统阀芯不耐磨损且容易损坏、需要经常更换的缺陷；同时，通过在阀座上设置狭缝式通道以供颗粒较大的石墨通过，解决了传统针状喷射口容易堵塞的技术问题；本发明还提供了一种石墨烯的制备方法，所述制备方法采用上述微射流设备，工艺简单，操作方便，能源消耗低，不产生废气和废水，安全环保，适合于工业化生产。

Description

石墨烯及其制备方法和微射流设备

技术领域

本发明涉及纳米碳材料技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯及其制备方法和微射流设备。

背景技术

由于具有独特的微观结构，纳米材料呈现出一系列不同于传统材料的效应，比如体积效应、表面效应、量子尺寸效应、量子隧道效应和介电限域效应等，上述这些效应导致了纳米材料在熔点、蒸气压、光学性质、化学反应性、磁性、超导及塑性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能。目前，关于纳米材料的制备、表征以及应用等各方面都成为了研究的热点。石墨烯作为纳米材料的一个重要分支，近年来备受各国重视的新型材料。

目前，石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、氧化还原法和SiC外延法等。机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料的方法。这种方法操作简单，得到的石墨烯通常保持着完整的晶体结构。2004年英国两位科学使用透明胶带对天然石墨进行层层剥离得到了石墨烯，这种方法也被归为机械剥离法，这种方法一度被认为生产效率低，无法工业化量产。

氧化还原法是通过使用硫酸、硝酸等化学试剂及高锰酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化，增大石墨层之间的间距，在石墨层与层之间插入氧化物，制得氧化石墨。然后将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧化石墨体。通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨体进行剥离，制得氧化石墨烯。最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。这种方法操作简单，产量高，但是产品质量较低。氧化还原法使用硫酸、硝酸等强酸，存在较大的危险性，又须使用大量的水进行清洗，造成较大的环境污染。

使用氧化还原法制备的石墨烯，含有较丰富的含氧官能团，易于改性。但由于在对氧化石墨烯进行还原时，较难控制还原后石墨烯的氧含量，同时氧化石墨烯在阳光照射、运输时车厢内高温等外界环境影响下会不断的还原，因此氧化还原法生产的不同批次的石墨烯的品质往往不一致，难以控制其品质，这严重制约了石墨烯的潜在应用。

SiC外延法是通过在超高真空的高温环境下，使硅原子升华脱离材料，剩下的碳原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高。

高品质石墨烯的工业化大规模制备一直是本领域的技术难题。有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题。

发明内容

微射流设备是结合了高压射流技术、撞击流技术和传统高压均质技术，利用高压气体或液压泵产生的高压将物料运送至振荡反应器中，高速流体在微孔道中发生剪切作用并分散成多股高速流体，进一步在撞击腔内发生高速撞击，流体的动能瞬间转化，产生巨大压力降后形成高达100～500MPa的静压力，同时振荡芯片在高速撞击过程中产生高频超声波作用，从而使得物料发生强剪切粉碎、高速撞击、气蚀、振荡和膨化等作用，可实现颗粒的细化、乳化、均质和改性的效果。

现有的微射流设备中的高压阀阀芯通常是采用陶瓷或者常规金属材料制作而成。当处于超高压和超高速射流的环境下在加工硬度较高的物料时，阀芯磨损严重甚至破裂，需要反复进行更换；另外，现有的阀座通常采用针状喷射通道，此种通道在处理粒径较大的物料时往往容易出现堵塞的问题。

本发明的第一个目的在于提供一种微射流设备，所述微射流设备是在高压下利用阀芯与阀座的配合作用，通过阀芯与阀座之间的相对运动来改变环形间隙的大小以达到节流面积的调节，从而产生高速射流，实现对石墨的剥离、剪切和细化，其中，所述阀芯采用金刚石阀芯，使其能够制备硬度较高的粉体，改善了传统阀芯不耐磨损且容易损坏，需要经常更换的缺陷；同时在阀座上设置狭缝式通道以供石墨通过，解决了传统针状喷射口容易堵塞的技术问题。

本发明的第二个目的在于提供一种石墨烯的制备方法，所述制备方法采用上述微射流设备，工艺简单，操作方便，且制备过程中能源消耗低，发热量小，不产生废气和废水，安全环保，，适合于工业化生产。

本发明的第三个目的在于提供一种石墨烯，采用本发明所述制备方法制备所得石墨烯厚度为纳米级别，宽度为亚微米或者微米级别，尺寸均匀，无明显团聚现象，不需要二次筛选即可得到纯度大于等于99％的高品质产品。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供一种微射流设备，包括进料室和反应腔，所述进料室的一端设有开口以供活塞伸入，所述活塞在驱动装置的驱动下沿所述进料室做反复运动，所述进料室的另一端与所述反应腔相连；

所述反应腔设置有阀内件，所述阀内件包括阀芯和与其配合使用的阀座，所述阀座设置于所述反应腔内部，并靠近所述进料室的一侧，所述阀座上还设有供石墨通过的狭缝式通道；

所述阀芯的一端伸入所述反应腔，与所述阀座之间形成环形间隙，并通过调节所述阀芯与所述阀座之间的相对距离来控制环形间隙的大小，进而控制所述环形间隙的节流面积，所述阀芯的另一端伸出所述反应腔，其中，所述阀芯为金刚石阀芯；

在所述活塞的作用下，加入所述进料室中的石墨分散液可以通过所述阀座上的所述狭缝式通道和所述环形间隙进入所述反应腔。

本发明提供的一种微射流设备，所述微射流设备是在高压下利用阀芯与阀座的配合作用，通过改变阀芯与阀座之间的环形间隙来调节节流面积，从而产生高速射流，进而实现对石墨的剥离、粉碎、剪切和细化，其中，所述阀芯采用金刚石阀芯，使其能够制备硬度较高的物料粉体，改善了传统阀芯不耐磨损且容易损坏，需要经常更换的缺陷；同时在阀座上设置狭缝式通道以供石墨通过，解决了传统针状喷射口容易堵塞的技术问题。

进一步的，所述进料室的一侧还设置有进料口，所述进料室与所述进料口之间通过单向阀进行石墨的输送。

进一步的，还包括用于收集所述反应腔中的石墨烯的收集腔，所述收集腔位于所述反应腔远离所述进料室的一侧，所述收集腔与所述反应腔相连通。

进一步的，还包括冷却装置，通过所述冷却装置将所述进料室、反应腔和收集腔的温度控制在0-60℃；

所述反应腔的压力为150-200MPa。

本发明还提供了一种石墨烯的制备方法，采用上述微射流设备，包括如下步骤：

(1)将石墨、分散剂、增稠剂和任选的的金属络合剂混合，搅拌均匀后得到石墨分散液；

(2)将石墨分散液移至微射流设备的进料室中，在活塞的作用下，进料室中的石墨分散液通过阀座上的狭缝式通道以及阀芯和阀座之间的环形间隙进入反应腔，经过微射流循环处理后，得到石墨烯溶液；

(3)将石墨烯溶液离心后得到的石墨烯沉淀干燥，得到石墨烯。

本发明提供的一种石墨烯的制备方法，所述制备方法工艺简单，操作方便，且制备过程中能源消耗低，发热量小，不产生废气和废水，安全环保，适合于工业化生产。

进一步的，按照重量百分数计，所述石墨占原料的重量百分比为0.1-30％，所述增稠剂占原料的重量百分比为0.1-5％，所述金属络合剂占原料的重量百分比为0.1-2％，所述分散剂补足余量至100％。

进一步的，在步骤(1)中，所述混合的温度为60-85℃。

进一步的，在步骤(2)中，所述微射流设备的处理压力为150-200MPa；采用所述微射流设备循环处理的次数为1-3次。

进一步的，在步骤(2)中将所述石墨分散液采用上述所述的微射流设备处理后，还包括采用针孔式微射流设备进行再次循环处理后，得到石墨烯溶液的步骤；

所述针孔式微射流设备的处理压力为300-450MPa，采用所述针孔式微射流设备循环处理的次数为1-3次。

此外，本发明还提供了一种石墨烯，所述石墨烯采用上述制备方法制备所得。

本发明的有益效果为：采用上述制备方法制备得到石墨烯厚度为纳米级别，宽度为亚微米或者微米级别，尺寸均匀，无明显团聚现象，不需要二次筛选即可得到纯度大于等于99％的高品质产品。

附图说明

图1为微射流设备的结构示意图；

图2为处理前石墨的电镜图；

图3为实施例1中石墨烯的电镜图；

图4为实施例1中石墨烯的另一标尺的电镜图；

图5为实施例2中石墨烯的电镜图；

图6为实施例3中石墨烯的电镜图；

图7为实施例4中石墨烯的电镜图；

图8为实施例5中石墨烯的电镜图。

图标：1-进料室；2-反应腔；3-收集腔；4-阀芯；5-阀座；6-活塞；7-驱动装置；8-石墨；9-阀体；11-进料口；12-单向阀；41-环形间隙；51-狭缝式通道。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，提供了一种微射流设备，具体如图1所示，包括进料室1和反应腔2，进料室1的一端设有开口以供活塞6伸入，活塞6在驱动装置7的驱动下沿进料室1做反复运动，进料室1的另一端与反应腔2相连。

阀内件为高压阀的核心部件，其设置在反应腔2内。阀内件包括阀芯4和与其配合使用的阀座5。阀芯4是阀内件最为关键的部件，同时是高压阀的可动部件，阀座5为固定部件。阀芯4与阀座5配合使用，可紧密关闭切断流体，可通过改变节流面积来调整物料的通过量。

具体的，阀座5设置于反应腔2内部，并靠近进料室1的一侧，阀芯4设置在阀座5远离进料室1的一侧。阀芯4的一端伸入反应腔2，与阀座5之间形成环形间隙41，阀芯4的另一端伸出反应腔2和阀体9。阀芯4与阀座5之间形成环形间隙41，并通过控制阀芯4与阀座5之间的相对距离来调节环形间隙41的大小，从而调节环形间隙41的节流面积。其中，阀座5上设有供石墨8通过的狭缝式通道51，为了提高阀内件的耐磨性能，阀芯4为金刚石阀芯。

在活塞6的作用下，加入进料室1中的石墨8通过阀座5上的狭缝式通道51和环形间隙41进入反应腔2。

本发明提供的一种微射流设备，所述微射流设备是在高压下利用阀芯4与阀座5的配合作用，通过改变阀芯4与阀座5之间的环形间隙41来调节节流面积，从而产生高速射流，进而实现对石墨8的剥离、剪切和细化。其中，阀芯4采用金刚石阀芯，改善了传统阀芯不耐磨损且容易损坏，需要经常更换的缺陷，增加了阀芯和阀座在高压高射流环境中的使用寿命，对于硬度较低或者较高的材料，本设备均可以制备；同时，在阀座5上设置狭缝式通道51以供石墨8通过，解决了传统针状喷射口容易堵塞的技术问题。

在本发明的一种优选实施方式中，进料室1的一侧还设置有进料口11，进料室1与进料口11之间通过单向阀12进行石墨8的输送。

当活塞6推动石墨8向阀内件运动时，单向阀12处于关闭状态；当活塞6返回时，单向阀12在负压下启动，石墨8进入进料室1，进料完成。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括用于收集反应腔2中的石墨8的收集腔3，收集腔3位于反应腔2远离进料室1的一侧，收集腔3与反应腔2相连通，反应腔2中处理好的石墨烯可转移至收集腔3内。从图中1可以看出，收集腔3为“凹”字形。

在本发明的一种优选实施方式中，反应腔2的压力设置为150-200MPa。

在本发明中，反应腔2典型但非限制性的的压力值为150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa或200MPa。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括冷却装置，冷却装置位于微射流设备的下方。通过冷却装置将进料室1、反应腔2和收集腔3的温度控制在0-60℃。冷却装置可以为多种形式，在本发明中，冷却装置优选为工业冷冻水循环装置。

将整个设备的工作温度控制在0-60℃，以避免在高压、高射流环境下产生的热量对石墨8的细化造成不利影响。

本设备的工作原理为：启动驱动装置7，推动活塞6运动，活塞6将能量传递给进料室1中的石墨8，当进料室1集聚一定能量时，阀芯4打开，进料室1中的石墨8限流通过阀座5上的狭缝式通道51以及阀芯4和阀座5之间的环形间隙41，在超高压条件下形成的超高速射流与反应腔2产生强烈碰撞，引发空隙、爆破、剪切等效应，将石墨8剥离成石墨烯，完成一组动作后，活塞6返回，单向阀12在负压下启动，石墨8进入进料室1，完成一次循环。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种石墨烯的制备方法，采用上述微射流设备包括如下步骤：

(1)将石墨、分散剂、增稠剂和任选的金属络合剂混合，搅拌均匀后得到石墨分散液；

(2)将石墨分散液移至微射流设备的进料室中，在活塞的作用下，进料室中的石墨分散液通过阀座上的狭缝式通道以及阀芯和阀座之间的环形间隙进入反应腔，经过微射流循环处理若干次后，得到石墨烯溶液；

(3)将石墨烯溶液离心后得到的石墨烯沉淀干燥，得到石墨烯。

本发明提供的一种石墨烯的制备方法，所述制备方法工艺简单，操作方便，且制备过程中能源消耗低，发热量小，安全环保，适合于工业化生产。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤(1)之前，采用强氧化剂对石墨进行处理，再采用上述制备方法，所得到的石墨烯的质量和各方面性能更好。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤(1)中，当原料中添加有金属络合剂时，按照重量百分数计，所述石墨占原料的重量百分比为0.1-30％，所述增稠剂占原料的重量百分比为0.1-5％，所述金属络合剂占原料的重量百分比为0.1-2％，所述分散剂补足余量至100％。

应该说明的是，此处所说的“原料”为石墨、分散剂、增稠剂和任选的金属络合剂的总和。

需要说明的是，在本发明中，石墨是指石墨粉，粒径通常可为几微米或者上百微米不等。石墨典型但非限制性的重量分数为0.1％、0.5％、1％、2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％和30％。

分散剂的作用主要是使得石墨在水中分散均匀，防止石墨的团聚。

在本发明的一种优选实施方式中，分散剂为水、甲醇、乙醇、丁醇、丙二醇、丙三醇其中的一种或至少两种的组合。具体选用哪种组分作为分散剂，主要是根据石墨的特性进行确定，前提是要确保分散剂与石墨不发生化学反应。分散剂典型但非限制性的重量百分数为0.2％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％和99％。

增稠剂和金属络合剂可以进一步加强石墨在分散剂中分散的均匀性和稳定性，有利于后续的微射流循环处理。其中，金属络合剂可根据实际需要进行选择性添加。

在本发明的一种优选实施方式中，增稠剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚二甲基硅氧烷中的一种或至少两种的组合。增稠剂典型但非限制性的重量分数为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％。

在本发明的一种优选实施方式中，金属络合剂为乙二胺四乙酸二钠、氨三乙酸钠或聚丙烯酸钠中的一种或至少两种的组合。金属络合剂典型但非限制性的重量分数为0.1％、0.3％、0.5％、0.75％、1％、1.2％、1.5％、1.7％或2％。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤(1)中，混合的温度为60-85℃。

在本发明中，混合过程中典型但非限制性的温度为60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃、80℃、82℃或85℃。

在本发明中，搅拌至均匀所需的时间可根据实际需要进行设定，优选为0.5-3h。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤(2)中，微射流设备的处理压力为150-200MPa；采用微射流设备循环处理的次数为1-3次。

微射流设备的处理压力可高达150-200MPa。在本发明中，微射流设备典型但非限制性的压力为150MPa、155MPa、160MPa、165MPa、170MPa、175MPa、180MPa、185MPa、190MPa、195MPa或200MPa。

增加循环处理次数，可进一步增强石墨烯的细化程度。在本发明中，循环处理过程中典型但非限制性的次数为1次、2次或3次。

在步骤(2)中残留的石墨烯溶液可回收供下次使用，节约了人工成本、设备成本和材料成本。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤(2)中，将所述石墨分散液采用上述所述的微射流设备处理后，还包括采用针孔式微射流设备进行再次循环处理后，得到石墨烯溶液的步骤；

所述针孔式微射流设备的处理压力为300-450MPa，采用所述针孔式微射流设备循环处理的次数为1-3次。

针孔式微射流设备就是阀座采用针状喷射通道的高压微射流设备，此为现有设备，例如，美国必宜DeBEE超高压微射流设备。应该说明的是，本发明中提到的微射流设备均指本发明提供的具有狭缝式通道的微射流设备，针孔式微射流设备是指现有的阀座采用针状喷射通道的微射流设备。

采用本发明中的微射流设备对石墨分散液进行循环处理后，可使得石墨烯的厚度处于纳米级别。

在采用本发明中的微射流设备对石墨分散液进行循环处理后，再采用针孔式微射流设备进行二次循环处理，可对石墨烯作进一步细化。且采用本发明中的微射流设备处理后的石墨烯厚度处于纳米级别，不易堵塞用于进行后续处理的针孔式微射流设备的针状喷射通道，可根据实际需要确定是否采用针孔式微射流设备进行二次循环处理。

针孔式微射流设备的处理压力大于本发明中的微射流设备的处理压力。在本发明中，针孔式微射流设备典型但非限制性的处理压力为300MPa、310MPa、320MPa、330MPa、340MPa、350MPa、360MPa、370MPa、380MPa、390MPa、400MPa、410MPa、420MPa、430MPa、440MPa或450MPa。

在本发明中，针孔式微射流设备典型但非限制性的处理次数为1次、2次或3次。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种石墨烯，所述石墨烯采用本发明制备方法制备所得。

本发明提供的一种石墨烯，采用本发明制备方法制备得到，所得石墨烯尺寸可处于亚微米或者微米级别，厚度为纳米级别，尺寸均匀，无明显团聚现象，不需要二次筛选即可得到纯度大于等于99％的高品质产品。

下面结合具体实施例和实验例，对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨、乙醇、水、聚乙二醇和聚丙烯酸钠于60℃混合，搅拌均匀后得到石墨分散液；

其中，按照重量分数计，石墨占原料的重量百分比为1％，聚乙二醇占原料的重量百分比为1％，聚丙烯酸钠占原料的重量百分比为0.3％，乙醇占原料的重量百分比为2％，水补足余量至100％。

(2)将石墨分散液移至微射流设备中，于160MPa微射流循环处理1次后，得到石墨烯溶液。

(3)将石墨烯溶液离心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

实施例2

本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨、乙醇、水、聚乙二醇和聚丙烯酸钠于60℃混合，搅拌均匀后得到石墨分散液；

其中，按照重量分数计，石墨占原料的重量百分比为1％，聚乙二醇占原料的重量百分比为1％，聚丙烯酸钠占原料的重量百分比为0.3％，乙醇占原料的重量百分比为2％，水补足余量至100％。

(2)将石墨分散液移至微射流设备中，于160MPa微射流循环处理3次后，得到石墨烯溶液。

(3)将石墨烯溶液离心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

实施例3

本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨、乙醇、水、聚乙二醇和聚丙烯酸钠于70℃混合，搅拌均匀后得到石墨分散液；

其中，按照重量分数计，石墨占原料的重量百分比为10％，聚乙二醇占原料的重量百分比为1％，聚丙烯酸钠占原料的重量百分比为0.3％，乙醇占原料的重量百分比为20％，水补足余量至100％。

(2)将石墨分散液移至微射流设备中，于160MPa微射流循环处理1次后，采用针孔式微射流设备于350MPa进行再次循环处理2次后，得到石墨烯溶液。

(3)将石墨烯溶液离心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

实施例4

本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨、乙醇、水、聚乙二醇和聚丙烯酸钠于70℃混合，搅拌均匀后得到石墨分散液；

其中，按照重量分数计，石墨占原料的重量百分比为30％，聚乙二醇占原料的重量百分比为1％，聚丙烯酸钠占原料的重量百分比为0.5％，乙醇占原料的重量百分比为45％，水补足余量至100％。

(2)将石墨分散液移至微射流设备中，于160MPa微射流循环处理1次后，采用针孔式微射流设备于350MPa进行再次循环处理2次后，得到石墨烯溶液。

(3)将石墨烯溶液离心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

实施例5

本发明提供了一种石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨、甘油、水、聚二甲基硅氧烷和乙二胺四乙酸二钠于80℃混合，搅拌均匀后得到石墨分散液；

其中，按照重量分数计，石墨占原料的重量百分比为20％，聚二甲基硅氧烷占原料的重量百分比为4％，乙二胺四乙酸二钠占原料的重量百分比为2％，甘油占原料的重量百分比为20％，水补足余量至100％。

(2)将石墨分散液移至微射流设备中，于200MPa微射流循环处理3次后，采用针孔式微射流设备于450MPa进行再次循环处理3次后，得到石墨烯溶液。

(3)将石墨烯溶液离心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

实验例1

对上述实施例的原料石墨以及实施例1-5的制备所得的石墨烯进行电镜检测，具体结果如图2-8所示。

图2为微射流处理前石墨的电镜图，从图中可以看出，石墨结构不规则，尺寸较大，片层较厚，为毫米级。

在采用本发明的微射流设备对石墨进行处理后，所得的石墨片(对应实施例1)以不同厚度的片层重叠排列，尺寸为微米级别，具体如图3和图4所示。

实施例2为实施例1的对照实验，两者不同之处在于实施例2中采用微射流设备进行多次循环处理。图4和图5分别为实施例1和实施例2的电镜图。从图中可以看出，实施例2中的石墨烯的几何尺寸明显变小，其平面宽度小于2um。

实施例3、实施例4和实施例5均在使用本发明的微射流设备之后再采用处理压力更高的针孔式微射流设备进行循环处理，所得到的石墨烯的电镜图分别如图6、图7和图8所示。从图6和图7中可以看出，石墨烯层数可少于10层。尤其是从图8中可见，局部生成的石墨烯的厚度非常薄，存在单层或寡层石墨烯，同时可以观察到单层或寡层的石墨烯的自组装现象，并形成规则的石墨烯自我排序组合。由此可以看出，所制备的石墨烯的尺寸或者形貌与微射流设备的处理压力和循环处理次数直接相关。在一定范围内，微射流设备的处理压力越高，循环处理次数越多，所制备得到的石墨烯越薄。

同时，本发明中的微射流设备除了处理石墨外，还对其他纳米碳材料、生物脂质体等材料进行处理，也可实现上述材料的平均粒径由微米级别到纳米级别的转变。这说明本发明的制备方法和微射流设备对于石墨、其他纳米碳材料和生物脂质体等材料都有着良好的效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种微射流设备，其特征在于，包括进料室和反应腔，所述进料室的一端设有开口以供活塞伸入，所述活塞在驱动装置的驱动下沿所述进料室做反复运动，所述进料室的另一端与所述反应腔相连；

所述反应腔设置有阀内件，所述阀内件包括阀芯和与其配合使用的阀座，所述阀座设置于所述反应腔内部，并靠近所述进料室的一侧，所述阀座上还设有供石墨通过的狭缝式通道；

所述阀芯的一端伸入所述反应腔，与所述阀座之间形成环形间隙，并通过调节所述阀芯与所述阀座之间的相对距离来控制环形间隙的大小，进而控制所述环形间隙的节流面积，所述阀芯的另一端伸出所述反应腔，其中，所述阀芯为金刚石阀芯；

在所述活塞的作用下，加入所述进料室中的石墨可以通过所述阀座上的所述狭缝式通道和所述环形间隙进入所述反应腔。

2.根据权利要求1所述的微射流设备，其特征在于，所述进料室的一侧还设置有进料口，所述进料室与所述进料口之间通过单向阀对石墨进行输送。

3.根据权利要求1所述的微射流设备，其特征在于，还包括用于收集所述反应腔中的石墨的收集腔，所述收集腔位于所述反应腔远离所述进料室的一侧，所述收集腔与所述反应腔相连通。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的微射流设备，其特征在于，还包括冷却装置，通过所述冷却装置将所述进料室、反应腔和收集腔的温度控制在0-60℃；

所述反应腔的压力为150-200MPa。

5.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所述的微射流设备，包括如下步骤：

(1)将石墨、分散剂、增稠剂和任选的的金属络合剂混合，搅拌均匀后得到石墨分散液；

(2)将石墨分散液移至微射流设备的进料室中，在活塞的推动下，进料室中的石墨分散液通过阀座上的狭缝式通道以及阀芯和阀座之间的环形间隙进入反应腔，微射流循环处理后，得到石墨烯溶液；

(3)将石墨烯溶液离心后得到的石墨烯沉淀干燥，得到石墨烯。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，按照重量百分数计，所述石墨占原料的重量百分比为0.1-30％，所述增稠剂占原料的重量百分比为0.1-5％，所述金属络合剂占原料的重量百分比为0.1-2％，所述分散剂补足余量至100％。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述混合的温度为60-85℃。

8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述微射流设备的处理压力为150-200MPa，采用所述微射流设备循环处理的次数为1-3次。

9.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，将所述石墨分散液采用权利要求1-4任意一项所述的微射流设备处理后，还包括采用针孔式微射流设备进行再次循环处理后，得到石墨烯溶液的步骤；

所述针孔式微射流设备的处理压力为300-450MPa，采用所述针孔式微射流设备循环处理的次数为1-3次。

10.一种石墨烯，其特征在于，采用权利要求6-9任意一项所述的制备方法制备得到。