CN110482532A - 石墨液态co2悬浮液制取石墨烯膜片方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，包括保温桶、搅拌器和挥发盘，其特征是将具有超低粘度，超强流动性，超强渗透性，超强吸附性的液态CO₂和高目石墨粉一起加入到密封的保温桶内搅拌，进一步将石墨微粒破拆为游离碳原子均匀混合的悬浮液，倒入挥发盘，因比重差碳原子发生沉降，首先抵达挥发盘平面的碳原子在无上下原子运动动力干扰下，相互结合形成二维结晶的石墨烯膜片，其发明与现有技术相比具有使用设施简单，原材料来源丰富，应用技术成熟等特点：还具有制取石墨烯效率高，大小和形状易于掌控，复层厚度随意等优点，因而具有很好的推广应用价值。

Description

石墨液态CO2悬浮液制取石墨烯膜片方法

一、技术领域：

本发明涉及新材料制造，具体的说是一种石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法。

二、背景技术：

石墨烯以其在电学、热学、力学等方面卓越的优势特性、性能受到社会的普遍关注和重视，被称为颠覆世界的新材料，成为相关业界人员、单位、企业的热门话题、研究对象和争相开发的热门行业。比如仅在山东省境内就有上百家研发和生产石墨烯的单位或机构，目前，我国的石墨烯研发和生产均走在世界前列，但是大多数的研究开发多存在人财分散、规模小、层次低、各自为政、干篇一律、齐头并进的重复状态。出成果、出产品、出效益成为普遍的追求目标，急功近利、赶时髦、追风头、抢项目的时尚风潮完全有可能将各国同在一个起跑线，我国占有诸多优势的中国石墨烯地位丧失领先势头。

虽然在上世纪90年代人类就已发现和实验证实碳元素具有二维结晶的同质异形体存在形式，即石墨烯，但人们普遍认识和了解石墨烯是从2004年安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫从石墨中成功分离出石墨烯，并因此于2010年获得诺贝尔物理学奖开始的。他们通过使用胶带的多次粘贴和剥离，最终获取单层碳原子二维结晶的石墨烯。他们的试验及其过程，起码还证实：第一，纯净碳原子的石墨在胶带多次的粘贴和剥离过程中，最终能够在胶面上保留单层的碳原子。第二，只有在单层碳原子在有序二维排列条件下，才能启动和集中碳原子的原子动力，在统一的二维方向上都与相邻三个碳原子建立共价键的晶体结构关系。自然界中的石墨不能自然演变和产生石墨烯，是因为在三维的石墨堆体内，每个碳原子都与周边更多碳原子处于相互包围的三维状态，每个原子所具有的内在原子动力都全方位的、均等分散的作用于三维所有方向，无法聚集形成建立共价键的临界动能。

人类被已经发现和证实的石墨烯超凡特殊性质和性能诱惑，产生象追求碳元素的另外一种同质异形体的钻石一样的狂热，引发风起云涌的研究和生产热潮是必然和可以理解的。

现行工业化生产石墨烯途径主要有物理方法：如微机械剥离法、印章切取转移印法、模板法等；化学方法：如氧化——还原法，溶液剥离法、加热Si-C法、化学气相沉积法、氧化2分散2还原法等。以上述方法生产的石墨烯产品多呈灰蛾状，称石墨烯粉，其体积增扩了数百倍，实则为细小的杂乱无序堆积的石墨烯碎片，称作粉状石墨烯碎片更妥当准确。石墨烯产品质量的高低优劣，主要以二维晶体的石墨烯碎片含量、二维晶体片层数及碎片面积大小等主要指标而异，这与一般人观念中向四向无限延伸的二维概念相去甚远，与具备和具有体现石墨烯全部理化性质和性能的完整、连续石墨烯结构相去甚远。

三、发明内容：

本发明的目的是针对上述石墨烯的生产现状及实际应用中人们对石墨烯的理想希望值及形态需求，提供一种可控平面面积大小和形状的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，包括石墨、液态CO₂，保温桶，搅拌器和挥发盘，其特征是具有超低粘度，超强流动性，超强渗透性，超强吸附性，比重1.101、沸点-78.5物理特性的液态CO₂与纳米级、比重为2.25的石墨粉精准度量后一起加入附设搅拌器的密封保温桶内，通过搅拌进一步将石墨微粒破拆为游离碳原子均匀混合的悬浮液，依据挥发盘的面积将定量悬浮液注入高度水平的挥发盘，待液态CO₂挥发后于挥发盘盘底获取石墨烯膜片。

所述的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，其特征是在挥发盘使用前进行预降温和保温处置。

所述的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，其特征是依据所需石墨烯膜片的形状或大小，或所需形状或大小的倍数制做或选用挥发盘。

所述的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，其特征是在已完成石墨烯制做的挥发盘内第2次，第3次乃至若干次的以相同程序制造复层石墨烯。

所述的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，其特征是将石墨液态CO₂悬浮液的配取装置和用挥发盘制取石墨烯膜片的生产过程进行自动化和半自动化的设置，形成连续的循环生产各种规格和型类石墨烯膜片的工业化过程。

本发明的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法与现有技术相比，具有使用设施简单，容易制造，生产原料获取方便，价格低廉，生产过程无废弃物产生污染环境，环保安全等特点，此外还具有以下许多优点：

1、本发明方法生产设备仅需要附设搅拌器的密封保温桶和底面平整的挥发盘，容易制造或获取，生产原料仅需高目石墨粉和液态CO₂，来源供应充足，生产过程无废料产生，液态CO₂挥发后易散于大气，不会产生环境污染。整个生产过程仅耗废少量电能，节能环保安全。

2、液态CO₂具有的超强渗透性和超强吸附性，在搅拌扰动下能破拆石墨微粒处游离碳原子状态，均匀散布于液态CO₂中形成悬浮液。

3、液态CO₂具有的超低粘度，超强渗透性，超强流动性，使倒入挥发盘的石墨液态CO₂悬浮液能够迅速、等厚散布于整个挥发盘底面。

4、由于碳原子比重为2.25，液态CO₂比重1.101，其比重差足以促成碳原子在超低粘度液态CO₂液中迅速沉降到挥发盘盘底，使最先抵达盘底的碳原子在无上下碳原子活动动能干扰下，与四周相临碳原子发生结晶反应，形成二维的石墨烯膜片。

5、以挥发盘方式制取石墨烯膜片，其大小和形状易控，便于依据所需面积的大小和形状或大小和形状的倍数制做或选用挥发盘。生产应用效率更高的石墨烯膜片。

6、碳的二维晶体具有极强的理化稳定性，在已形成石墨烯膜的挥发盘内再次倒入石墨液态CO₂悬浮液，对已有膜片不会产生影响，会发生与首次倒入相同的结晶过程。因而，二次、三次乃至反复多次重复上述过程，可获取不同层数或厚度的石墨烯膜片。

7、上述石墨液态CO₂悬浮液的制取过程和用挥发盘制取石墨烯膜的生产过程进行自动化和半自动化的设置，形成连续的循环生产，可形成生产各种规格和型类石墨烯膜片的工业化过程。

因而，本发明具有很好的推广应用价值。

四、附图说明：

无附图。

五、具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明：

依据目的需求设置附设搅拌器的密封保温桶及若干大小和形状的挥发盘，向保温桶内投入严格计量的高目石墨粉和液态CO₂。启动搅拌器将石墨粉破拆为游离碳原子状态的悬浮液，在搅拌中依次向高度水平放置的挥发盘倒入设定定量的悬浮液，静置待液态CO₂挥发后，在挥发盘盘底剥离获取石墨烯膜片。

上述实施例仅代表依其本发明原理进行最初级制取完整连续石墨烯膜片方法。凡通过液态CO₂与碳原素悬浮液方式制取石墨烯的工艺，方法和技术均在本申请权利要求的保护范围内。

除说明书所述的技术特征外，其余均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (5)

1.一种石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，包括石墨、液态CO₂，保温桶，搅拌器和挥发盘，其特征是将具有超低粘度，超强流动性，超强渗透性，超强吸附性，比重1.101、沸点-78.5物理特性的液态CO₂与纳米级、比重为2.25的石墨粉精准度量后一起加入附设搅拌器的密封保温桶内，通过搅拌进一步将石墨微粒破拆为游离碳原子均匀混合的悬浮液，依据挥发盘的面积将定量悬浮液注入高度水平的挥发盘，待液态CO₂挥发后于挥发盘盘底获取石墨烯膜片。

2.根据权利要求1所述的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，其特征是在挥发盘使用前进行预降温和保温处置。

3.根据权利要求1所述的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，其特征是依据所需石墨烯膜片的形状或大小，或所需形状或大小的倍数制做或选用挥发盘。

4.根据权利要求1所述的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，其特征是在已完成石墨烯制做的挥发盘内第2次，第3次乃至若干次的以相同程序制造复层石墨烯。

5.根据权利要求1所述的石墨液态CO₂悬浮液制取石墨烯膜片方法，其特征是将石墨液态CO₂悬浮液的配取装置和用挥发盘制取石墨烯膜片的生产过程进行自动化和半自动化的设置，形成连续的循环生产各种规格和型类石墨烯膜片的工业化过程。