CN206705684U - 一种连续膨胀爆破制备石墨烯的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及石墨烯的制备，具体地涉及一种连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，包括设置在机架上的微波加热炉，所述的微波加热炉为上下贯通的管状，微波加热炉的上端设有喷雾单元，微波加热炉的下方连接有急冷室，急冷室内设有折返、螺旋状布置的冷凝管，冷凝管内通有液氮，位于急冷室下方连接有旋风收集器，喷雾单元将粉末状的石墨喷入微波加热炉中，石墨急速升温，在落入急冷室时，因温度的骤降促使石墨由内往外的急速膨胀形成石墨烯并落入底端的旋风收集器中，本实用新型提供的装置，避免了机械研磨时反复的挤压等对石墨烯的晶格造成的破坏，生产出的石墨烯品质好。
Description
技术领域
本实用新型涉及石墨烯的制备，具体地涉及一种连续膨胀爆破制备石墨烯的装置。
背景技术
2004年石墨烯材料被成功制备，自此引发了新一波碳素材料研究的热潮。石墨烯是由一层碳原子组成的平面碳纳米材料，是目前已知最薄的二维材料，其厚度仅为0.335nm,它由六方的晶格组成。石墨烯中的碳原子之间由σ键连接，赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。而且，在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶格中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋予了石墨烯良好的导电性。在光学方面，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。石墨烯具有奇特的力学、光学和电学性质，石墨烯拥有十分广阔的发展前景。
为了让优秀的石墨烯材料实现工业化生产和应用，就必须开发出一种可大规模生产且层数和尺寸可控的制备方法。目前石墨烯的制备方法有机械剥离法、外延生长法、氧化还原法、有机合成法、溶剂热法、化学气相沉积法等。在这些方法中，由于机械剥离法能够最佳地保存石墨烯的性质，并且制备方法简单，制备过程环保无污染，在实际的生产中倍受青睐。
现有技术中，物理机械剪切剥离可以实现规模化、低成本、环保的制备石墨烯，成为制备石墨烯的主流技术，但是相配套的机械剥离设备还存在诸多缺陷。如传统的球磨、胶体磨等完全依靠强力的冲击剪切剥离，石墨的层间分离效率较低，且现有设备通过机械方式反复地研磨尽管获得了石墨烯，但是由于受到研磨压应力的作用，研磨撞击对石墨晶格造成了一定的破坏，同时由于纳米级别的石墨烯极易团聚，因此在制备后难以保证质量。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，避免因强力的冲击对石墨烯的晶格造成破坏。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，包括设置在机架上的微波加热炉，所述的微波加热炉为上下贯通的管状，微波加热炉的上端设有喷雾单元，微波加热炉的下方连接有急冷室，急冷室内设有折返、螺旋状布置的冷凝管，冷凝管内通有液氮，位于急冷室下方连接有旋风收集器。
优选的，所述的喷雾单元为喇叭状，包括设置在上端的进料口和设置在下端的出料口，出料口罩设有筛板，筛板上设有贯穿筛板的通孔，所述的喷雾单元内设有自上而下布置的搅拌电机和搅拌扇叶。
优选的，所述的微波加热炉上端管口处沿其径向外延有支撑板，支撑板的悬端向上延伸有围壁，围壁、支撑板、微波加热炉的炉壁围合成环状的凹槽，喷雾单元的下端筛板四周外延有连接臂且连接臂插置在凹槽中。
优选的，所述的微波加热炉的侧壁上沿其轴线方向布置有微波发生器，微波加热炉的炉壁上沿其径向上布置有支撑杆，支撑杆的另一端固定在机架上。
优选的，所述的急冷室临近机架的一侧设有冷凝管的进液口和出液口，进液管和出液管固定在机架上。
优选的，所述的急冷室与旋风收集器之间设有过渡腔，过渡腔为不锈钢材质。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：喷雾单元将粉末状的石墨喷入微波加热炉中，石墨急速升温，在落入急冷室时，因温度的骤降促使石墨由内往外的急速膨胀形成石墨烯并落入底端的旋风收集器中，本实用新型提供的装置，避免了机械研磨时反复的挤压等对石墨烯的晶格造成的破坏，生产出的石墨烯品质好。
附图说明
图1为本实用新型提供的连续膨胀爆破制备石墨烯装置的示意图；
图2为喷雾单元的示意图；
图3为图2中喷雾单元筛板的仰视图；
图4为微波加热炉的示意图；
图中标号说明：10-机架，20-微波加热炉，21-支撑板，22-围壁，23-炉壁，24-凹槽，30-喷雾单元，31-进料口，32-出料口，33-筛板，331-通孔，332-连接臂，34-搅拌电机，35-搅拌扇叶，40-急冷室，41-冷凝管，411-进液口，412-出液口，42-进液管，43-出液管，50-旋风收集器，60-微波发生器，70-支撑杆，80-过渡腔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-4所示，本实用新型提供了一种连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，包括设置在机架10上的微波加热炉20，所述的微波加热炉20为上下贯通的管状，微波加热炉20的上端设有喷雾单元30，微波加热炉20的下方连接有急冷室40，急冷室40内设有折返、螺旋状布置的冷凝管41，冷凝管41内通有液氮，位于急冷室40下方连接有旋风收集器50。具体实施时，由喷雾单元30将粉末状的石墨喷入微波加热炉20中，石墨粉末升温后落入位于微波加热炉20下方的急冷室40内，石墨粉末因骤冷发生爆破式裂开，得到石墨烯并落入设置在急冷室40下方的旋风收集器50中，本实用新型提供的膨胀爆破制备石墨烯的装置，结构简单，能够制备高品质的石墨烯，避免了机械研磨制备石墨烯时出现的晶格被破坏的现象。
进一步的，所述的喷雾单元30为喇叭状，包括设置在上端的进料口31和设置在下端的出料口32，出料口32罩设有筛板33，筛板33上设有贯穿筛板33的通孔331，所述的喷雾单元30内设有自上而下布置的搅拌电机34和搅拌扇叶35，粉末状的石墨从进料口31投入，在搅拌电机34和搅拌扇叶35的作用下穿过筛板33上的通孔331，加料均匀、投料迅速。
进一步的，为了避免粉末状的石墨从微波加热炉20和喷雾单元30的接缝中漏出，所述的微波加热炉20上端管口处沿其径向外延有支撑板21，支撑板21的悬端向上延伸有围壁22，围壁22、支撑板21、微波加热炉20的炉壁23围合成环状的凹槽24，喷雾单元30的下端筛板33四周外延有连接臂332且连接臂332插置在凹槽24中，如此，可以避免因搅拌电机34的作用使得石墨粉末泄露。
进一步的，本实用新型对微波加热炉20上的微波发生器60的位置没有特殊的要求，只要能给微波加热炉20提供微波以加热石墨粉末即可，优选的，为了便于固定微波加热炉20并使得微波发生器60的固定更可靠，所述的微波加热炉20的侧壁上沿其轴线方向布置有微波发生器60，微波加热炉的炉壁23上沿其径向上布置有支撑杆70，支撑杆70的另一端固定在机架10上。
进一步的，为了使得装置更简洁和便于布置，所述的急冷室40临近机架10的一侧设有冷凝管41的进液口411和出液口412，进液管42和出液管43固定在机架10上。
进一步的，为了防止骤冷爆破的石墨粉末对旋风收集器50造成损伤，所述的急冷室40与旋风收集器50之间设有过渡腔80，过渡腔80为不锈钢材质。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，包括设置在机架（10）上的微波加热炉（20），其特征在于：所述的微波加热炉（20）为上下贯通的管状，微波加热炉（20）的上端设有喷雾单元（30），微波加热炉（20）的下方连接有急冷室（40），急冷室（40）内设有折返、螺旋状布置的冷凝管（41），冷凝管（41）内通有液氮，位于急冷室（40）下方连接有旋风收集器（50）。
2.根据权利要求1所述的连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的喷雾单元（30）为喇叭状，包括设置在上端的进料口（31）和设置在下端的出料口（32），出料口（32）罩设有筛板（33），筛板（33）上设有贯穿筛板（33）的通孔（331），所述的喷雾单元（30）内设有自上而下布置的搅拌电机（34）和搅拌扇叶（35）。
3.根据权利要求1所述的连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的微波加热炉（20）上端管口处沿其径向外延有支撑板（21），支撑板（21）的悬端向上延伸有围壁（22），围壁（22）、支撑板（21）、微波加热炉（20）的炉壁（23）围合成环状的凹槽（24），喷雾单元（30）的下端筛板（33）四周外延有连接臂（332）且连接臂（332）插置在凹槽（24）中。
4.根据权利要求1所述的连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的微波加热炉（20）的侧壁上沿其轴线方向布置有微波发生器（60），微波加热炉的炉壁（23）上沿其径向上布置有支撑杆（70），支撑杆（70）的另一端固定在机架（10）上。
5.根据权利要求1所述的连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的急冷室（40）临近机架（10）的一侧设有冷凝管（41）的进液口（411）和出液口（412），进液管（42）和出液管（43）固定在机架（10）上。
6.根据权利要求1所述的连续膨胀爆破制备石墨烯的装置，其特征在于：所述的急冷室（40）与旋风收集器（50）之间设有过渡腔（80），过渡腔（80）为不锈钢材质。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN108423666A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-08-21 | 李训祺 | 一种石墨烯两级微波生产设备 |
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2017
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