CN107117607A - 一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法 - Google Patents
一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107117607A CN107117607A CN201710468384.3A CN201710468384A CN107117607A CN 107117607 A CN107117607 A CN 107117607A CN 201710468384 A CN201710468384 A CN 201710468384A CN 107117607 A CN107117607 A CN 107117607A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ray
- pipeline
- graphene
- stripping
- graphite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 141
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 51
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005260 alpha ray Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 14
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims description 13
- 239000013641 positive control Substances 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 7
- 230000005250 beta ray Effects 0.000 claims description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-OUBTZVSYSA-N Cobalt-60 Chemical compound [60Co] GUTLYIVDDKVIGB-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 2
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 description 1
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 1
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015424 sodium Nutrition 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2204/00—Structure or properties of graphene
- C01B2204/02—Single layer graphene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2204/00—Structure or properties of graphene
- C01B2204/04—Specific amount of layers or specific thickness
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
Abstract
本发明涉及石墨烯制备领域，具体涉及一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法。通过将石墨插层后，将其以高速流在管路中连续通过，依次经γ射线穿透石墨颗粒辐射减弱氢键、β射线穿透石墨层电离剥离、α射线对已减薄的石墨暴露层电离剥离，通过在石墨不同级别逐级剥离，实现了基于射线连续制备高质量石墨烯。该制备方法通过利用α、β、γ射线的不同特性，连续高效制备石墨烯，有效克服了现有技术长时间照射的缺陷，得到的石墨烯层数均一可控，石墨烯晶体结构保留完整，是进行规模化、连续化、低成本、清洁化制备高质量石墨烯的较佳方案。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯制备领域，具体涉及一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯是一种新型二维材料，只有一个碳原子厚，因此，由于其独特的二维共轭结构，石墨烯展现出诸多突出的物理化学性质，包括优异的电学、热学、光学和力学性质以及巨大的比表面积。目前已有包括机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法、衬底附生法、化学解理法等石墨烯的制备技术。
为了实现石墨烯的量产剥离，目前通常采用氧化石墨还原法。该方法操作简单、制备成本低，可以大规模地制备出石墨烯，已成为石墨烯制备的有效途径。其具体操作过程是先用强氧化剂浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾等将石墨氧化成氧化石墨，氧化过程即在石墨层间穿插一些含氧官能团，从而加大了石墨层间距，然后经超声处理一段时间之后，就可形成单层或数层氧化石墨烯，再用强还原剂水合肼、硼氢化钠等将氧化石墨烯还原成石墨烯。但是，氧化还原过程中容易引起石墨烯的晶体结构缺陷，破坏了石墨烯的电学性能，影响了其在电子信息领域的应用。另外，会产生大量的废水，对环境造成严重污染，限制了石墨烯的产业化发展。
尽管目前通过气相沉积法和外延生长法获得了大面积高质量的石墨烯 ，但无论是气相沉积还是外延生长，均是以碳源重新形成石墨晶体，因而导致对反应环境要求较高，难以低成本量产。
近些年出现了直接利用机械力剥离制备石墨烯。大幅推动了石墨烯的低成本量产化。如中国发明专利申请号201310411516.0公开了一种石墨烯材料的球磨制备方法，该发明将石墨碳与烷基六元芳环或稠环聚醚型非离子表面活性剂的质量体积比为1：2～1：15和去离子水混合装于球磨罐，固定于球磨机以200-500rpm的转速球磨5-30小时；再转入去离子水中，以3000-8000rpm的转速离心10-30min，得到黑色上层胶体悬浮液，制得不同浓度石墨烯水溶液；中国发明专利申请号201310238984.2公开了一种对流气体剪切剥离二维层状材料的方法，该方法通过高压冷热气体循环对流产生的剪切力来剥离二维层状材料，通过反复循环的冷热气体剪切作用，可以生成单层及少数层的二维材料如石墨烯。然而由于石墨烯属于纳米级别的材料，在达到纳米级别以后，机械作用力难以实现力的有效传递，得到的石墨烯层数高且层数分布极不均匀、产率低。另外，得到的石墨烯因受机械力长时间反复冲击，易造成石墨烯晶体结构的破坏。
为此，技术人员在积极寻求新的技术突破。石墨变为石墨烯，需要克服层间很高键能的氢键连接。石墨的层间以范德华力结合，结合能初步估计为2eV/nm2。因此，只要在石墨层间施加超过2eV/nm2的外界能，实现石墨烯的剥离是完全可以的。因此，高能射线成为剥离制备石墨烯的又一技术。中国发明专利CN103011153B公开了一种石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法。该方法将石墨粉与双氧水按质量比混合均匀，在匀速搅拌条件下，送入钴—60室，利用60Co产生的γ射线依次在0.03—0.1KGY、0.2—2.5KGY、0.01—0.03KGY 的射线强度下分别照射，得到石墨烯悬浮液。但该方法采用长时间照射，一方面效率低，难以量产；另一方面，长时间照射会使得已剥离的石墨烯过度照射损伤。同时，γ射线对在纳米级别的石墨烯剥离能够较佳的发挥其能量优势，但对于大颗粒石墨，利用γ射线处理需要长时间的辐射，在具体实践中难以达到量产剥离的效果。
发明内容
针对现有技术利用射线制备石墨烯存在难以量产以及长时间照射的缺陷，本发明提出一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法。该方法是利用α、β、γ射线电离能力依次减弱、穿透力依次增强的特性，将石墨进行预插层处理，使插层石墨烯在管路中形成高速流，连续通过γ、β、α射线区，经逐级穿透、电离剥离得到高质量石墨烯，实现了批量、稳定质量高质量制备石墨烯。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，其特征在于：具体制备方法如下：
(1) 将石墨粉与金属盐溶液分散均匀，陈放、过滤、烘干，将金属盐插层在石墨的层间，得到插层石墨；
（2）将步骤（1）得到的插层石墨送入旋喷式气流粉碎机，在旋喷式气流粉碎机回旋腔体中插层石墨不断被细化，达到要求的微细石墨经气流离心分级装置分级，进入高压仓，高压仓的压缩介质为压缩氮气，压缩氮气产生的高速气流将微细石墨送入分级剥离管路；其中剥离管路直径为3-5mm；
（3）在分级剥离管路沿微细石墨流动方向依次设置γ、β、α射线照射，其中γ射线的正对辐射管路长为300-500mm, 辐照剂量率为1×103Gy/h ～ 6×103Gy/h；β射线正对照射的管路长为200-300mm；α射线正对照射的管路长为100-200mm；在管路中高速流动的微细石墨与管路碰撞，在碰撞辅助下，依次通过γ、β、α射线照射逐级被穿透、电离剥离形成粗石墨烯；
（4）将步骤（3）得到的粗石墨烯清洗、干燥得到高质量石墨烯。
优选的，步骤（1）所述金属盐为可溶盐，进一步优选的，选用氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾中的至少一种。
优选的，步骤（2）所述的气流离心分级装置，分级转速为1800-2000rpm，分离出粒径小于2μm的微细石墨。
优选的，步骤（2）所述高压仓，压缩氮气的压力为0.3-0.5MPa.
优选的，步骤（2）所述剥离管路为“S”形，使得微细石墨在剥离管路高速流动过程中与剥离管路壁发生剧烈的碰撞。
本发明一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，创造性的将α、β、γ射线组合，实现了逐级、高效率、连续剥离制备高质量石墨烯。α、β、γ射线的电离能力依次减弱、但穿透力依次增强的特性，通过将石墨插层后，将其以高速流在管路中连续通过，依次经γ射线穿透石墨颗粒辐射减弱氢键、β射线穿透石墨层电离剥离、α射线对已减薄的石墨暴露层电离剥离，通过在石墨不同级别逐级剥离，实现了基于射线连续制备高质量石墨烯。该制备方法通过利用α、β、γ射线的不同特性，连续高效制备石墨烯，有效克服了现有技术长时间照射的缺陷，得到的石墨烯层数均一可控，石墨烯晶体结构保留完整，是进行规模化、连续化、低成本、清洁化制备高质量石墨烯的较佳方案。
本发明一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、通过α、β、γ射线的组合设计，实现了规模化、连续化、低成本、清洁化制备高质量石墨烯。
2、通过在管路中高速流动的微细石墨在管路碰撞辅助下，通过γ、β、α射线照射逐级被穿透、电离剥离制备石墨烯，使得射线有效利用，剥离效率高。
3、本发明方法工艺简单、制备过程清洁无污染、制备效率高，适合于规模化生产。
附图说明
图1 为实施例1制备的石墨烯的拉曼图谱。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，具体制备方法如下：
(1) 将鳞片石墨粉与氯化钠盐溶液分散均匀，陈放10天、过滤、烘干，将氯化钠插层在石墨的层间，得到插层石墨；
（2）将步骤（1）得到的插层石墨送入旋喷式气流粉碎机，在旋喷式气流粉碎机回旋腔体中插层石墨不断被循环旋流碰撞细化，设置气流离心分级装置的分级转速为1800rpm，使得粒径小于2μm的微细石墨被分选出，送入高压仓，高压仓的压缩介质为压缩氮气，压缩氮气的压力稳定维持在0.3MPa，压缩氮气产生的高速气流将微细石墨送入分级剥离管路；其中剥离管路直径为3mm，管路外形为“S”形；
（3）在分级剥离管路沿微细石墨流动方向依次设置γ、β、α射线照射，其中γ射线的正对辐射管路长为300mm, 辐照剂量率为1×103Gy/h；β射线正对照射的管路长为200mm；α射线正对照射的管路长为100mm；在管路中高速流动的微细石墨与管路碰撞，依次经γ射线穿透石墨颗粒辐射减弱氢键、β射线穿透石墨层电离剥离、α射线对已减薄的石墨暴露层电离剥离，通过在石墨不同级别逐级穿透、电离剥离形成粗石墨烯；
（4）将步骤（3）得到的粗石墨烯清洗、干燥得到高质量石墨烯。
实施例1制备石墨烯的产能达到58kg/h，将实施例1得到的石墨烯进行拉曼分析，如图1，D峰出现在1300cm-1 处，D峰强度不明显，石墨烯层结构边缘缺陷少；Ｇ峰出现在1587-1582cm-1 ，石墨烯层数在1-2层，具有较高的质量。
实施例2
一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，具体制备方法如下：
(1) 将石墨粉与硫酸钾盐溶液分散均匀，陈放、过滤、烘干，将金属盐插层在石墨的层间，得到插层石墨；
（2）将步骤（1）得到的插层石墨送入旋喷式气流粉碎机，在旋喷式气流粉碎机回旋腔体中插层石墨不断被细化，达到要求的微细石墨经气流离心分级装置分级，分级转速为2000rpm，使得粒径小于2μm的微细石墨被分选出，送入高压仓，高压仓的压缩介质为压缩氮气，压缩氮气的压力稳定维持在0.5MPa，进入高压仓，高压仓的压缩介质为压缩氮气，压缩氮气产生的高速气流将微细石墨送入分级剥离管路；其中剥离管路直径为5mm；剥离管路为“S”形；
（3）在分级剥离管路沿微细石墨流动方向依次设置γ、β、α射线照射，其中γ射线的正对辐射管路长为500mm, 辐照剂量率为2×103Gy/h；β射线正对照射的管路长为300mm；α射线正对照射的管路长为200mm；在管路中高速流动的微细石墨与管路碰撞，在碰撞辅助下，依次通过γ、β、α射线照射逐级被穿透、电离剥离形成粗石墨烯；
（4）将步骤（3）得到的粗石墨烯清洗、干燥得到高质量石墨烯。
该实施例2制备石墨烯的产能达到70kg/h，加大高压仓压力、选用5mm管径的剥离管路，通过增长γ射线的正对辐射管路长度和增加辐照剂量率，提高产量的同时，同样保证了石墨烯的质量。将实施例2得到的石墨烯通过涂膜实验测试其电性能，实验获得石墨烯涂膜电阻为5.4Ω。而市售超声剥离的石墨烯在同等条件下涂膜实验的电阻显示为187.3Ω。
进一步，在步骤(3)中我们将γ、α射线位置互换调整，在其他参数不变的条件下，获得石墨烯，通过涂膜实验测试其电性能，实验获得石墨烯涂膜电阻为123.45Ω，证明得到的石墨烯质量并不高。因此，石墨依次通过γ、β、α射线照射具有逐级剥离的效果，其排布表现出了显著的逐级分级剥离性能。
实施例3
一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，具体制备方法如下：
(1) 将石墨粉与碳酸钾溶液分散均匀，陈放、过滤、烘干，将金属盐插层在石墨的层间，得到插层石墨；
（2）将步骤（1）得到的插层石墨送入旋喷式气流粉碎机，在旋喷式气流粉碎机回旋腔体中插层石墨不断被细化，达到要求的微细石墨经气流离心分级装置分级，进入高压仓，高压仓的压缩介质为压缩氮气，压缩氮气产生的高速气流将微细石墨送入分级剥离管路；其中剥离管路直径为4mm；
（3）在分级剥离管路沿微细石墨流动方向依次设置γ、β、α射线照射，其中γ射线的正对辐射管路长为400mm, 辐照剂量率为5×103Gy/h，β射线正对照射的管路长为300mm；α射线正对照射的管路长为150mm；在管路中高速流动的微细石墨与管路碰撞，在碰撞辅助下，依次通过γ、β、α射线照射逐级被穿透、电离剥离形成粗石墨烯；
（4）将步骤（3）得到的粗石墨烯清洗、干燥得到高质量石墨烯。
实施例3
一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，具体制备方法如下：
(1) 将石墨粉与碳酸钠盐溶液分散均匀，陈放、过滤、烘干，将金属盐插层在石墨的层间，得到插层石墨；
（2）将步骤（1）得到的插层石墨送入旋喷式气流粉碎机，在旋喷式气流粉碎机回旋腔体中插层石墨不断被细化，达到要求的微细石墨经气流离心分级装置分级，进入高压仓，高压仓的压缩介质为压缩氮气，压缩氮气产生的高速气流将微细石墨送入分级剥离管路；其中剥离管路直径为5mm；
（3）在分级剥离管路沿微细石墨流动方向依次设置γ、β、α射线照射，其中γ射线的正对辐射管路长为300mm, 辐照剂量率为6×103Gy/h；β射线正对照射的管路长为300mm；α射线正对照射的管路长为100mm；在管路中高速流动的微细石墨与管路碰撞，在碰撞辅助下，依次通过γ、β、α射线照射逐级被穿透、电离剥离形成粗石墨烯；
（4）将步骤（3）得到的粗石墨烯清洗、干燥得到高质量石墨烯。
通过利用α、β、γ射线的不同特性，连续高效制备石墨烯，有效克服了现有技术长时间照射的缺陷，得到的石墨烯层数均一可控，石墨烯晶体结构保留完整，是进行规模化、连续化、低成本、清洁化制备高质量石墨烯的较佳方案。
Claims (5)
1.一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，其特征在于：具体制备方法如下：
（1）将石墨粉与金属盐溶液分散均匀，陈放、过滤、烘干，将金属盐插层在石墨的层间，得到插层石墨；
（2）将步骤（1）得到的插层石墨送入旋喷式气流粉碎机，在旋喷式气流粉碎机回旋腔体中插层石墨不断被细化，达到要求的微细石墨经气流离心分级装置分级，进入高压仓，高压仓的压缩介质为压缩氮气，压缩氮气产生的高速气流将微细石墨送入分级剥离管路；其中剥离管路直径为3-5mm；
（3）在分级剥离管路沿微细石墨流动方向依次设置γ、β、α射线照射，其中γ射线的正对辐射管路长为300-500mm, 辐照剂量率为1×103Gy/h ～ 6×103Gy/h；β射线正对照射的管路长为200-300mm；α射线正对照射的管路长为100-200mm；在管路中高速流动的微细石墨与管路碰撞，在碰撞辅助下，依次通过γ、β、α射线照射逐级被穿透、电离剥离形成粗石墨烯；
（4）将步骤（3）得到的粗石墨烯清洗、干燥得到高质量石墨烯。
2.根据权利要求1所述一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，其特征在于：步骤（1）所述金属盐为可溶盐，进一步优选的，选用氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，其特征在于：步骤（2）所述的气流离心分级装置，分级转速为1800-2000rpm，分离出粒径小于2μm的微细石墨。
4.根据权利要求1所述一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，其特征在于：步骤（2）所述高压仓，压缩氮气的压力为0.3-0.5MPa。
5.根据权利要求1所述一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法，其特征在于：步骤（2）所述剥离管路为“S”形，使得微细石墨在剥离管路高速流动过程中与剥离管路壁发生剧烈的碰撞。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710468384.3A CN107117607B (zh) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | 一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710468384.3A CN107117607B (zh) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | 一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107117607A true CN107117607A (zh) | 2017-09-01 |
| CN107117607B CN107117607B (zh) | 2018-03-13 |
Family
ID=59720150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710468384.3A Active CN107117607B (zh) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | 一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107117607B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110127688A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-16 | 四川欧迅能源工程科技有限公司 | 一种制备石墨烯前驱体二维纳米石墨粉的工艺方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108975323A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-12-11 | 七台河宝泰隆石墨烯新材料有限公司 | 氧化石墨烯清洗方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102408109A (zh) * | 2011-08-23 | 2012-04-11 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种还原氧化石墨烯及其制备方法 |
| CN103011153A (zh) * | 2013-01-24 | 2013-04-03 | 四川省农业科学院生物技术核技术研究所 | 石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法 |
| US20130087446A1 (en) * | 2011-10-11 | 2013-04-11 | Aruna Zhamu | One-step production of graphene materials |
| US20130243965A1 (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-19 | Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd. | Method of preparing graphene from organic material using radiation technique and graphene prepared using the same |
| CN104140092A (zh) * | 2013-05-09 | 2014-11-12 | 国家纳米科学中心 | 一种具有褶皱的石墨烯片层及其制备方法 |
-
2017
- 2017-06-20 CN CN201710468384.3A patent/CN107117607B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102408109A (zh) * | 2011-08-23 | 2012-04-11 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种还原氧化石墨烯及其制备方法 |
| US20130087446A1 (en) * | 2011-10-11 | 2013-04-11 | Aruna Zhamu | One-step production of graphene materials |
| US20130243965A1 (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-19 | Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd. | Method of preparing graphene from organic material using radiation technique and graphene prepared using the same |
| CN103011153A (zh) * | 2013-01-24 | 2013-04-03 | 四川省农业科学院生物技术核技术研究所 | 石墨烯溶胶及石墨烯的制备方法 |
| CN104140092A (zh) * | 2013-05-09 | 2014-11-12 | 国家纳米科学中心 | 一种具有褶皱的石墨烯片层及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110127688A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-16 | 四川欧迅能源工程科技有限公司 | 一种制备石墨烯前驱体二维纳米石墨粉的工艺方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107117607B (zh) | 2018-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106115666B (zh) | 一种超声波、超临界co2及微波三次剥离制备石墨烯的方法 | |
| US20180339906A1 (en) | Preparation method for large-size graphene oxide or graphene | |
| EP3037383B1 (en) | Method for modifying graphene nanoplatelets and apparatus for modifying graphene | |
| TWI632112B (zh) | Method for preparing nano graphene sheets | |
| CN107117602B (zh) | 一种电弧等离子连续剥离制备石墨烯的方法 | |
| CN102259849A (zh) | 一种固态碳源制备石墨烯的方法 | |
| CN102689895B (zh) | 高纯度高细度石墨粉的制备方法及应用 | |
| US20130022530A1 (en) | Production Of Exfoliated Graphite | |
| CN107117607B (zh) | 一种基于射线分级剥离制备石墨烯的方法 | |
| Wang et al. | Recycling of micron-sized Si powder waste from diamond wire cutting and its application in Li-ion battery anodes | |
| CN102180462A (zh) | 在可控气氛环境中用微波辐照制备改性石墨烯材料的方法 | |
| CN109110750B (zh) | 利用膨胀石墨制备石墨烯的方法 | |
| CN107235486A (zh) | 水溶性石墨烯的制备方法 | |
| CN111559743B (zh) | 一种石墨烯粉体的制备方法及应用 | |
| CN101687645B (zh) | 碳纳米片的制造方法 | |
| CN106882795A (zh) | 一种规模化超声剥离制备石墨烯的方法及石墨烯的应用 | |
| CN106395768A (zh) | 一种超薄氮化硼纳米片的合成方法 | |
| CN103484889B (zh) | 一种大量制备高质量少层石墨烯粉末的方法 | |
| CN107032339B (zh) | 一种基于静电斥力连续剥离制备石墨烯的方法 | |
| CN105776190B (zh) | 一种螺杆机发泡膨胀拉伸制备石墨烯微片的方法 | |
| Wen et al. | Preparation of graphene by exfoliation and its application in lithium-ion batteries | |
| KR20160101556A (ko) | 고농도 그래핀 분산액의 제조 방법 | |
| CN110092359B (zh) | 一种液相剥离制备二硒化钒量子点的方法 | |
| CN108773842B (zh) | 一种石墨烯的制备方法及石墨烯 | |
| CN107117604B (zh) | 一种利用静电加速介质流剥离制备石墨烯的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230920 Address after: Room 413, 4th Floor, Building 1, No. 6 Tianxiang Road, Shunyi District, Beijing, 101300 (Tianzhu Comprehensive Bonded Zone) Patentee after: Beijing Discovery Intelligent Manufacturing Technology Co.,Ltd. Address before: 610091, Sichuan, Chengdu province Qingyang dragon industrial port, East Sea 4 Patentee before: CHENDU NEW KELI CHEMICAL SCIENCE Co.,Ltd. CHINA |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 214000, B319, No. 2 Fengwei Road, Huizhi Enterprise Center, Xishan Economic and Technological Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu Exploration Intelligent Manufacturing Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 413, 4th Floor, Building 1, No. 6 Tianxiang Road, Shunyi District, Beijing, 101300 (Tianzhu Comprehensive Bonded Zone) Patentee before: Beijing Discovery Intelligent Manufacturing Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |