CN112645310B - 一种电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置包括盛料部、移动电极组和控制部；所述盛料部和所述移动电极组对向设置；所述控制部驱动所述移动电极组靠近或远离所述盛料部；所述控制部还可以驱动所述移动电极组转动；所述盛料部包括盛料托盘、定位盘、反应管和嵌入电极；所述定位盘置于所述盛料托盘上，所述定位盘上均匀间隔设置有若干反应管，所述定位盘和所述反应管可相对所述盛料托盘转动；所述反应管的两端开口；所述盛料托盘上设有若干第一通孔和嵌入电极。本发明效率与质量远超传统石墨烯生产方案。

Description

一种电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置及方法

技术领域

本发明涉及二维材料制备技术领域，具体涉及一种电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置及方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子蜂窝状组合构成的二维材料，其拥有优秀的力学、热学、光学、电学等性质，用途广泛，目前已大量应用于手机散热、提高混凝土强度、柔性显示器、超级电容器等领域。因其具有广阔的市场空间，许多化工企业也推出了由不同方法生产的石墨烯产品，这些方法主要有机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法。

但这些方法仍受成本、质量、效率因素的制约，如机械剥离法，效率低；液相剥离法，质量与效率较低；氧化还原法，质量低。同时，石墨烯的质量也严重影响其性质，低质量的石墨烯并无太大用处。因此，为了进一步扩大石墨烯的应用，市场需要成本、质量、效率这三方面同时提升的石墨烯制备解决方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置及方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置，包括盛料部、移动电极组和控制部；所述盛料部和所述移动电极组对向设置；所述控制部驱动所述移动电极组靠近或远离所述盛料部；所述控制部还可以驱动所述移动电极组转动；

所述盛料部包括盛料托盘、定位盘、反应管和嵌入电极；所述定位盘置于所述盛料托盘上，所述定位盘上均匀间隔设置有若干反应管，所述定位盘和所述反应管可相对所述盛料托盘转动；所述反应管的两端开口；所述盛料托盘上设有若干第一通孔和嵌入电极。

更进一步的说明，所述移动电极组包括电极托盘、电极柱和温度传感元件；所述电极托盘的底面圆周设置若干电极柱，所述电极柱的内侧设有若干温度传感元件。

更进一步的说明，所述控制部包括机架、转盘和电机；所述转盘设置在所述机架上，所述电机设置在所述转盘上；所述转盘可在所述机架上转动.

更进一步的说明，所述移动电极组的顶设有齿条，所述电机的输出轴设有齿轮；所述齿条贯穿所述机架和转盘，与所述齿轮啮合。

更进一步的说明，所述盛料托盘的边缘设有限位缺口，所述定位盘的边缘设有限位键，所述限位键设置在所述限位缺口内。

更进一步的说明，所述盛料托盘的外侧设有长柄，所述长柄上设有震动马达。

更进一步的说明，所述电极柱的外径小于所述反应管的内径。

更进一步的说明，还包括碳源盛料箱、清扫区和产物传送带；所述碳源盛料箱底部设有筛网，所述清扫区设有若干毛刷，所述产物传送带设置在所述盛料部的下方。

使用电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置的方法，包括如下步骤：

步骤一，所述盛料部移动到碳源盛料箱下；

步骤二，所述盛料部与碳源盛料箱开始震动，碳源通过碳源盛料箱下的筛网落入反应管中；

步骤三，所述碳源盛料箱停止震动，所述盛料部保持震动并通过清扫区，去除粘附的多余的碳源；

步骤四，盛料部停止震动并移动到移动电极组下；

步骤五，移动电极组下降至反应管内，嵌入电极与电极柱之间放电生产石墨烯，温度传感元件监测温度，如果温度不达标将再次放电；

步骤六，控制部带动移动电极组和定位托盘旋转一个角度，使反应管的底部对准第一通孔，所述移动电极组再次下降，将产物挤出反应管；

步骤七，移动电极组复位，产物石墨烯通过产物传送带输送至下一工位。

本发明的有益效果：本发明利用焦耳热生产石墨烯，在不到一秒的放电生产过程中即可生产250毫克以上的优质石墨烯，效率与质量远超传统石墨烯生产方案，同时保证装填效率与单次放电的产量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一个实施例的整体结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是本发明的一个实施例的盛料托盘的结构示意图；

图4是本发明的一个实施例的工作状态示意图；

图5是本发明的一个实施例的工作状态示意图；

其中：盛料部100、盛料托盘101、定位盘102、反应管103、限位键104、嵌入电极105、限位缺口106、长柄107、震动马达108、齿条109、第一通孔110、移动电极组200、电极托盘201、电极柱202、温度传感元件203、控制部300、机架301、转盘302、电机303、齿轮304、碳源盛料箱401、清扫区402、产物传送带403、碳源500和石墨烯600。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-图5所示，一种电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置，包括盛料部100、移动电极组200和控制部300；所述盛料部100和所述移动电极组200对向设置；所述控制部300驱动所述移动电极组200靠近或远离所述盛料部100；所述控制部300还可以驱动所述移动电极组200转动；

所述盛料部100包括盛料托盘101、定位盘102、反应管103和嵌入电极105；所述定位盘102置于所述盛料托盘101上，所述定位盘102上均匀间隔设置有若干反应管103，所述定位盘102和所述反应管103可相对所述盛料托盘101转动；所述反应管103的两端开口；所述盛料托盘101上设有若干第一通孔110和嵌入电极105。

移动电极组200与嵌入电极105放电，利用焦耳热生产石墨烯600，在不到一秒的放电生产过程中即可生产250毫克以上的优质石墨烯600，效率与质量远超传统石墨烯600生产方案。由于定位盘102和反应管103是可以相对于盛料托盘101转动的，而盛料托盘101底部又间隔设有第一通孔110和嵌入电极105，因此转动反应管103，使反应管103的底部对准嵌入电极105时，可以生产石墨烯600；转动反应管103，使反应管103的底部对准第一通孔110时，可以将反应产生的石墨烯600从装置取出，取出反应管103内的石墨烯600时，可以另移动电极组200进一步下降，方便将反应管103内的全部石墨烯600全部挤压出来，不会有石墨烯600在反应管103内残留。因此整个装置通过对移动电极组200的控制，就可以实现通过电冲击快速批量生产石墨烯600，大大提高了生产效率。具体的，定位盘102与反应管103的材质为钢化玻璃，嵌入电极105的材质为纯铜。优选地，反应管103的厚度不低于3毫米以保证安全性，定位盘102102的厚度不低于5mm，小于5mm则反应管103难以竖直，大于5mm则会影响散热效果。

更进一步的说明，所述移动电极组200包括电极托盘201、电极柱202和温度传感元件203；所述电极托盘201的底面圆周设置若干电极柱202，所述电极柱202的内侧设有若干温度传感元件203。

在电击的过程产生焦耳热才能够将反应管103内的碳源500转化为石墨烯600，因此设置温度传感元件203检测反应的温度，在温度不达标时直接再次电击以达到生产目的，避免产出没有完全石墨烯600化的产品。电极柱202沿圆周间隔设置，可以最大程度利用空间，尽可能同时在多个反应管103中进行石墨烯600的生产，提高生产效率，而且每个电极柱202与嵌入电极105之间的反应过程是相互独立的，避免不同反应管103之间的相互影响。电极柱202的材质为纯铜以保证良好的导电性，电极托盘201的材质为PEEK以保证良好的绝缘性。

更进一步的说明，所述控制部300包括机架301、转盘302和电机303；所述转盘302设置在所述机架301上，所述电机303设置在所述转盘302上；所述转盘302可在所述机架301上转动.

机架301可用钢材制造，但需有绝缘涂层。电机303使用减速比比较大，具有自锁功能的型号。电机303为移动电极组200的上下移动提供动力，转盘302控制移动电极组200的转动。

更进一步的说明，所述移动电极组200的顶设有齿条109，所述电机303的输出轴设有齿轮304；所述齿条109贯穿所述机架301和转盘302，与所述齿轮304啮合。

通过齿轮304和齿条109的配合可以精确控制移动电极组200上升或下降的距离，在反应管103中装填了不同规格的碳源500时，可以根据实际需求精确调整电极组与嵌入电极105之间的距离。

更进一步的说明，所述盛料托盘101的边缘设有限位缺口106，所述定位盘102的边缘设有限位键104，所述限位键104设置在所述限位缺口106内。

定位盘102和反应管103不需要转动特别大的角度，只要转动幅度可以使反应管103的底部分别对应到第一通孔110和嵌入电极105的位置即可，因此设置限位缺口106和限位键104，可以使定位板转动至限位缺口106的两端被限位键104限位时，刚好反应管103的底部可以对应第一通孔110或嵌入电极105，方便操作。具体的，盛料托盘101与限位键104的材质为PEEK(聚醚醚酮)。

更进一步的说明，所述盛料托盘101的外侧设有长柄107，所述长柄107上设有震动马达108。

伸出的长柄107部分，可用于移动盛料托盘101，震动马达108可以使落下的碳源500均匀装填入反应管103。

更进一步的说明，所述电极柱202的外径小于所述反应管103的内径。

电极柱202与反应管103之间留有间隙以排出生产过程中产生的气体，具体的，电极柱202的外径比反应管103的内径小1-2mm，缝隙过大会导致反应管103内瞬间压强达不到反应要求，缝隙过小则无法及时排出气体导致反应管103爆炸。

更进一步的说明，还包括碳源盛料箱401、清扫区402和产物传送带403；所述碳源盛料箱401底部设有筛网，所述清扫区402设有若干毛刷，所述产物传送带403设置在所述盛料部100的下方。

毛刷可将粘附在盛料部100的多余碳源500，防止其落入到产物传送带403上。

使用电冲击批量化生产石墨烯的放电电极装置的方法，包括如下步骤：

步骤一，所述盛料部100移动到碳源盛料箱401下；

步骤二，所述盛料部100与碳源盛料箱401开始震动，碳源500通过碳源盛料箱401下的筛网落入反应管103中；

步骤三，所述碳源盛料箱401停止震动，所述盛料部100保持震动并通过清扫区402，去除粘附的多余的碳源500；

步骤四，盛料部100停止震动并移动到移动电极组200下；

步骤五，移动电极组200下降至反应管103内，嵌入电极105与电极柱202之间放电生产石墨烯600，温度传感元件203监测温度，如果温度不达标将再次放电；

步骤六，控制部300带动移动电极组200和定位托盘旋转一个角度，使反应管103的底部对准第一通孔110，所述移动电极组200再次下降，将产物挤出反应管103；

步骤七，移动电极组200复位，产物石墨烯600通过产物传送带403输送至下一工位。

碳源500可以为具有导电性的富碳粉末，包括炭粉、煤粉，也包括不导电的富碳粉末，包括木材碎屑、农产品碎屑、塑料粉末、橡胶粉末。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种电冲击批量化生产石墨烯的放电电极方法，包括盛料部、移动电极组和控制部；所述盛料部和所述移动电极组对向设置；所述控制部驱动所述移动电极组靠近或远离所述盛料部；所述控制部还可以驱动所述移动电极组转动；

所述盛料部包括盛料托盘、定位盘、反应管和嵌入电极；所述定位盘置于所述盛料托盘上，所述定位盘上均匀间隔设置有若干反应管，所述定位盘和所述反应管可相对所述盛料托盘转动；所述反应管的两端开口；所述盛料托盘上设有若干第一通孔和嵌入电极；

所述移动电极组包括电极托盘、电极柱和温度传感元件；所述电极托盘的底面圆周设置若干电极柱，所述电极柱的内侧设有若干温度传感元件；

还包括碳源盛料箱、清扫区和产物传送带；所述碳源盛料箱底部设有筛网，所述清扫区设有若干毛刷，所述产物传送带设置在所述盛料部的下方；

其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，所述盛料部移动到碳源盛料箱下；

步骤二，所述盛料部与碳源盛料箱开始震动，碳源通过碳源盛料箱下的筛网落入反应管中；

步骤三，所述碳源盛料箱停止震动，所述盛料部保持震动并通过清扫区，去除粘附的多余的碳源；

步骤四，盛料部停止震动并移动到移动电极组下；

步骤五，移动电极组下降至反应管内，嵌入电极与电极柱之间放电生产石墨烯，温度传感元件监测温度，如果温度不达标将再次放电；

步骤六，控制部带动移动电极组和定位托盘旋转一个角度，使反应管的底部对准第一通孔，所述移动电极组再次下降，将产物挤出反应管；

步骤七，移动电极组复位，产物石墨烯通过产物传送带输送至下一工位。

2.根据权利要求1所述的电冲击批量化生产石墨烯的放电电极方法，其特征在于：所述控制部包括机架、转盘和电机；所述转盘设置在所述机架上，所述电机设置在所述转盘上；所述转盘可在所述机架上转动。

3.根据权利要求2所述的电冲击批量化生产石墨烯的放电电极方法，其特征在于：所述移动电极组的顶设有齿条，所述电机的输出轴设有齿轮；所述齿条贯穿所述机架和转盘，与所述齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的电冲击批量化生产石墨烯的放电电极方法，其特征在于：所述盛料托盘的边缘设有限位缺口，所述定位盘的边缘设有限位键，所述限位键设置在所述限位缺口内。

5.根据权利要求1所述的电冲击批量化生产石墨烯的放电电极方法，其特征在于：所述盛料托盘的外侧设有长柄，所述长柄上设有震动马达。

6.根据权利要求1所述的电冲击批量化生产石墨烯的放电电极方法，其特征在于：所述电极柱的外径小于所述反应管的内径。

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