CN107321451B - 一种提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备及其使用方法，属机械法球磨制备石墨烯技术领域。本发明包括转筒、球磨筒；球磨筒是由同一高度，不同直径的两个不锈钢无缝抛光管，将其底部焊接在基座上形成的，同时保证两个抛光管同心；此时球磨筒的内管外径到外管内径的距离是一定的；转筒是一个特殊直径的不锈钢无缝抛光管，在其内壁的上方安装有两个槽沟向下的槽，使其与立式搅拌球磨机的主轴连接传动转矩，转筒的底部插入球磨筒的内管与外管之间。本发明相对于普通机械法如行星式球磨法和搅拌式球磨法而言，能够连续地提供剪切作用，有效减少磨球发生碰撞，很好的保护了石墨烯的晶格结构，同时又有非常高的剪切效率。

Description

一种提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备及其方法，属于机械法球磨制备石墨烯技术领域。

背景技术

石墨烯是一种以sp2轨道杂化方式连接的C单原子按正六边形紧密排列成的蜂窝状的二维原子晶体结构。单层石墨烯带有一定高度的褶皱，这种独特的二维晶体结构使它具备了许多特性。其理论比表面积达2630m2/g，优异的导热性能5000J/(m·K·s)，研究表明其弱弹性模量为1.06×103GPa，杨氏模量为1.0TPa。在已知的材料中，石墨烯具有最高的强度130GPa，是钢的100多倍。石墨烯具有稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，表现很强的双极场效应，电子和空穴的密度达到了1013cm-2，室温下的电子迁移率高达1.5×104cm2/(V·s)，比目前使用的半导体材料锑化铟的最大迁移率高两倍， 比商用硅片高10倍，是作为场效应晶体管的极佳材料。

现有的机械球磨法，主要是行星式球磨法和搅拌式球磨法。而行星式球磨法球磨的过程中，磨球因离心力的改变，会发生磨球堆积重组，必然会引发磨球之间的碰撞，从而破坏了石墨烯的晶格结构。而且磨球发生剪切作用的径向力主要是由球磨筒在自转与公转运动的合成提供的向心力，相对于本发明，剪切效率表现得小。搅拌式球磨法球磨得过程中，磨球被搅拌器带至高处，在转动的空隙中，会引发掉落从而发生严重碰撞。以上两种球磨方法制备的石墨烯质量都会有略微缺陷，含量也不太高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备及其使用方法，用于解决行星式球磨法会引发磨球之间的碰撞从而破坏石墨烯的晶体结构以及剪切效率低的不足、搅拌式球磨法在转动的空隙中会引发掉落从而发生严重碰撞的问题以及现有机械球磨法制备石墨烯含量低的问题。

本发明技术方案是：一种提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备及其使用方法，包括转筒2、球磨筒3；转筒2是由立式搅拌球磨机提供转矩；球磨筒3是由同一高度，不同直径的两个不锈钢无缝抛光管，将其底部焊接在基座上形成的，同时保证两个抛光管同心；此时球磨筒3的内管外径到外管内径的距离是一定的；转筒2是一个特殊直径的不锈钢无缝抛光管，在其内壁的上方安装有两个槽沟向下的槽，使其与立式搅拌球磨机的主轴1连接传动转矩，转筒2的底部插入球磨筒3的内管与外管之间；其直径要求其抛光管的外径到球磨筒3外管的内径与其抛光管的内径到球磨筒3内管的外径的距离相同。

所述转筒2与球磨筒3内管与外管之间的间隔刚好能放进单层同一直径的磨球；转筒2的底部与球磨筒3的底座之间有缝隙，使用时，内外两层的球磨域内的分散剂是流通的。

所述转筒2与球磨筒3之间的间隔放进同一直径的磨球，其放置的磨球表现为在内外两间隔内形成单层圆曲平面内堆积，堆积方式可以为单层六方紧密堆积。

堆积的磨球在跟随转筒2运动的过程中，磨球之间会发生相对滑移。

一种所述的提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备的使用方法，使用时，在主轴1带动转筒2球磨的过程中，再带动转筒2与球磨筒3内管与外管之间的间隔中的磨球转动，进而对加入球磨筒3中的石墨烯原材料进行球磨。所述转筒2与球磨筒3内管与外管之间的间隔中的磨球约束在单层二维圆曲平面内，经转筒2接触摩擦引起滚动。

本发明的有益效果是：本发明实施方便，普遍适用，成本低廉，过程易控。有效提高制备石墨烯的剪切效率，同时又能减少磨球发生碰撞，提高制备石墨烯的含量，同时很好地保护石墨烯的晶格结构。

附图说明

图1是本发明侧面剖视图；

图2是磨球在球磨筒内堆积时的部分侧面剖视图；

图3是单层六方密集紧密堆积模型示意图。

图1中各标号：1-主轴，2-转筒，3-球磨筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-3所示，一种提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备及其使用方法，包括转筒2、球磨筒3；转筒2是由立式搅拌球磨机提供转矩；球磨筒3是由同一高度，不同直径的两个不锈钢无缝抛光管，将其底部焊接在基座上形成的，同时保证两个抛光管同心；此时球磨筒3的内管外径到外管内径的距离是一定的；转筒2是一个特殊直径的不锈钢无缝抛光管，在其内壁的上方安装有两个槽沟向下的槽，使其与立式搅拌球磨机的主轴1连接传动转矩，转筒2的底部插入球磨筒3的内管与外管之间；其直径要求其抛光管的外径到球磨筒3外管的内径与其抛光管的内径到球磨筒3内管的外径的距离相同。

作为本发明的优选方案，所述转筒2与球磨筒3内管与外管之间的间隔刚好能放进单层同一直径的磨球；转筒2的底部与球磨筒3的底座之间有缝隙，使用时，内外两层的球磨域内的分散剂是流通的。

作为本发明的优选方案，所述转筒2与球磨筒3之间的间隔放进同一直径的磨球，其放置的磨球表现为在内外两间隔内形成单层圆曲平面内堆积，堆积方式为单层六方紧密堆积。

作为本发明的优选方案，堆积的磨球在跟随转筒2运动的过程中，磨球之间会发生相对滑移。

一种所述的提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备的使用方法，使用时，在主轴1带动转筒2球磨的过程中，再带动转筒2与球磨筒3内管与外管之间的间隔中的磨球转动，进而对加入球磨筒3中的石墨烯原材料进行球磨。所述转筒2与球磨筒3内管与外管之间的间隔中的磨球约束在单层二维圆曲平面内，经转筒2接触摩擦引起滚动。

本发明的工作原理是：由于磨球约束在单层二维圆曲平面内，经转筒2接触摩擦引起滚动，同时由于磨球的堆积，各自接触的磨球的运动状态相互阻碍，可视为磨球是一种过约束状态，因此在转筒转动带动磨球转动的过程中，磨球在过约束状态向新的平衡状态转变的过程中，必然发生相对滑移，这种滑移表现为剪切作用。由于磨球的堆积，剪切作用的径向力是由堆积磨球的重力体现，这种径向力自筒顶往下越来越大，因此自筒顶往下剪切力越大。

改变转筒厚度能与磨球的球径匹配，能够使用2mm、4mm、6mm、8mm等直径的磨球，各自能够达到不一样的剪切效果。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备，其特征在于：包括转筒（2）、球磨筒（3）；转筒（2）是由立式搅拌球磨机提供转矩；球磨筒（3）是由同一高度，不同直径的两个不锈钢无缝抛光管，将其底部焊接在基座上形成的，同时保证两个抛光管同心；此时球磨筒（3）的内管外径到外管内径的距离是一定的；转筒（2）是一个特殊直径的不锈钢无缝抛光管，在其内壁的上方安装有两个槽沟向下的槽，使其与立式搅拌球磨机的主轴（1）连接传动转矩，转筒（2）的底部插入球磨筒（3）的内管与外管之间；转筒（2）直径要求其抛光管的外径到球磨筒（3）外管的内径与其抛光管的内径到球磨筒（3）内管的外径的距离相同；

所述转筒（2）与球磨筒（3）内管与外管之间的间隔刚好能放进单层同一直径的磨球；转筒（2）的底部与球磨筒（3）的底座之间有缝隙，使用时，内外两层的球磨域内的分散剂是流通的。

2.根据权利要求1所述的提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备，其特征在于：所述转筒（2）与球磨筒（3）之间的间隔放进同一直径的磨球，其放置的磨球表现为在内外两间隔内形成单层圆曲平面内堆积，堆积方式为单层六方紧密堆积。

3.根据权利要求1所述的提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备，其特征在于：堆积的磨球在跟随转筒（2）运动的过程中，磨球之间会发生相对滑移。

4.一种权利要求1-3任一项所述的提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备的使用方法，其特征在于：使用时，在主轴（1）带动转筒（2）球磨的过程中，再带动转筒（2）与球磨筒（3）内管与外管之间的间隔中的磨球转动，进而对加入球磨筒（3）中的石墨烯原材料进行球磨。

5.根据权利要求4所述的提供纯剪切剥离制备石墨烯的球磨设备的使用方法，其特征在于：所述转筒（2）与球磨筒（3）内管与外管之间的间隔中的磨球约束在单层二维圆曲平面内，经转筒（2）接触摩擦引起滚动。