CN210457482U - 新型连续激光制备石墨烯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型连续激光制备石墨烯装置，包括微机控制系统控制的激光照射区、物料传送及接收区、温度及气体控制区、监控及信息传送区四个部分，激光照射区包括激光器、雾化喷头、温控台，微机控制系统通过数据线与激光器连接对物料照射，雾化喷头与微机控制系统连接控制物料喷洒溶剂装入雾化喷头中，微机控制系统根据输入喷涂的速率、时间和喷洒的面积的数据自动进行喷涂。本实用新型的有益效果是：在温控台经激光连续照射的物料收集到容器中，并且此过程可以在充入某种特定气体和在某一特定的温度下完成。该装置结构简单，操作方便，可连续不断的进行生产，提高了生产效率，产品质量高，为石墨烯的生产和研究提供方便。

Description

新型连续激光制备石墨烯装置

技术领域

本实用新型涉及激光制备石墨烯技术领域，特别是涉及一种新型连续激光制备石墨烯装置，可以满足不同温度、不同气体环境下连续制备出纳米级的石墨烯产品。

背景技术

石墨烯具有非常优异的性能和重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。并且随着石墨烯被人们发现，使得人们对二维材料的研究迎来了新的高潮，越来越多的人加入对石墨烯性能的研究。目前石墨烯的制备方法有很多，例如机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法。但是，这些方法均存在各种各样的缺陷。例如，氧化还原法是一种常见的制备石墨烯的方法，并且这种方法是可以大量制备粉末状的石墨烯，但是该方法制备的石墨烯存在的缺陷较大，得到的石墨烯的质量不高；机械剥离法可以剥离出质量很高的石墨烯产品，但是这种方法得到的石墨烯产品数量太少，不适合大规模的生产和使用。因此为了更好地解决这些缺点和不足，非常需要一种新型的制备石墨烯的方法，既可以高效率的生产石墨烯，又可以得到高质量的石墨烯，这对于石墨烯的生产和研究具有非常重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种新型可连续激光制备石墨烯的装置，针对目前生产技术中的缺陷，从而解决石墨烯生产过程中产量大但质量不高，或质量高产量低等问题。并且该方法操作方便，工艺简单，成本较低，但是产量和质量较高。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种新型连续激光制备石墨烯装置，包括：微机控制系统控制的激光照射区、物料传送及接收区、温度及气体控制区、监控及信息传送区四个部分，所述激光照射区包括 450nm波长半导体激光器、雾化喷头、温控台，所述微机控制系统通过数据线与激光器连接且微机控制系统将激光器调整到功率为4—5W的功率之间对物料照射，所述雾化喷头与微机控制系统连接控制物料喷洒溶剂装入雾化喷头中，微机控制系统根据输入喷涂的速率、时间和喷洒的面积的数据自动进行喷涂；所述的物料传送及接收区包括储料器固定传送轮，固定接收轮，温控台，广口吸收器，物料收集器，真空抽滤泵，过滤筛，储料器与微机控制系统连接，在微机控制系统中输入物料的输送速率，然后再通过固定传送轮将物料传送至温控台上，在激光器照射下得到石墨烯产品后。当石墨烯形成后打开真空抽滤泵，形成的石墨烯在真空泵的作用下经过广口吸收器收集到物料收集器，在过滤筛的过滤下将石墨烯收集起来；所述的温度及气体控制区包括压缩气罐、均匀送气盘、封闭式透明箱体、温控台，在压缩气罐中加入气体通过导气管与均匀送气盘连接起来，均匀的在封闭式透明箱体送入气体。通过微机控制系统调整温控台的温度；所述的监控及信息传送区包括监控器，由微机控制系统与监控器连接实施全方位监控，并及时将反应区中的温度，气体环境和石墨烯的生产数据通过数据线传送到微机控制系统。

所述激光器的功率为4.5W，激光波长450nm，局域温度100～900℃，线宽尺寸～60μm，打印精度＜10μm，激光器安装支架距离底面的距离大于激光器的焦距，激光头距离底面的距离根据激光器焦距进行调节；电源连接方式：直流电，电源电压12V，横向移动范围根据支架和打印的范围进行调节，纵向移动距离调节后，根据激光器的焦距进行调节，打印类型：平面打印、合成、杂化，横纵向移动均通过微机控制系统控制。

所述固定传送轮直径为5cm上下两轮间隙约4mm，所述固定接收轮直径为5cm上下两轮间隙约4mm，固定接收轮与固定传送轮上下两轮间隙保持一致且均匀固定在封闭式透明箱体的两侧并与温控台在同一条直线上；所述封闭式透明箱体长120mm，宽120mm，高120mm，内部安装有雾化喷头且雾化喷头横向移动和纵向移动根据支架和打印的范围进行调节，使得覆盖整个温控台；所述封闭式透明箱体底端安装长110mm，宽110mm的均匀送气盘；均匀送气盘进气口端、导气管与压缩气罐的瓶口在同一直线上。

所述监控器与激光器的底端位于同一水平线上且与竖直方向夹角为 45°±5°，监控器通过数据线与微机控制系统连接，及时将信息传送至微机控制系统。

所述广口吸收器距离温控台处20mm±10mm且与温控台水平夹角60°±5°位置时与导气管连接，导气管深入过滤筛下方；真空抽滤泵与导气管连接，导气管置于过滤筛上方。

本实用新型的效果是，第一，通过微机控制系统控制储料器源源不断的将物料通过固定传送轮将物料送至温控台，在激光照射下形成石墨烯粉末，此过程可以实现连续制备石墨烯粉末。第二，制备石墨烯的原始材料需在表面喷涂液体时，可以在雾化喷头中加入液体和微机控制系统中输入喷涂面积和速度，控制雾化喷头均匀的喷洒在材料的表面。第三，该装置可以在某种特定的气体范围内完成，该操作只需打开压缩气罐，气体便会通过导气管进入均匀送气盘，均匀的向封闭式透明箱体中送入气体。当封闭式透明箱中达到该气体环境时，监控器便会将数据传送至微机控制系统。

附图说明

图1为本实用新型的新型的连续激光制备石墨烯装置主体示意图。

图中：

1、微机控制系统 2、储料器转换滚轮 3、压缩气罐

4、固定传送轮 5、监控器 6、雾化喷头

7、激光器 8、均匀送气盘 9、封闭式透明箱体

10、温控台 11、固定接收轮 12、广口吸收器

13、过滤筛 14、真空抽滤泵 15、物料收集器

具体实施方式

如图1所示，新型连续激光制备石墨烯装置分为微机控制系统控制激光照射区，物料传送及接收区，温度及气体控制区，监控及信息传送区四个部分：

第一部分是微机控制系统控制激光照射区，由微机控制系统1，特定激光器7，雾化喷头6，温控台10组成。微机控制系统1通过数据线将激光器 7连接起来，通过调节激光器的功率对物料照射。并且通过微机控制系统与雾化喷头连接起来，当需要在物料上喷洒溶剂时即可通过装入雾化喷头中然后通过微机来控制喷洒的速率面积的数据。

第二部分是物料传送及接收区：由微机控制系统1，储料器转换滚轮2 固定传送轮4，固定接收轮11，温控台10，广口吸收器12，物料收集器15，真空抽滤泵14，过滤筛13组成。微机控制系统1与储料器转换滚轮2连接起来控制物料的给进量，然后再通过固定传送轮4将物料传送至温控台10 上，在激光器7照射下得到石墨烯后。当石墨烯形成后打开真空抽滤泵14，形成的石墨烯在广口吸收器12收集到物料收集器中15在过滤筛13的过滤下将物料收集起来。

第三部分温度及气体控制区：由压缩气罐3，均匀送气盘8，封闭式透明箱体9，温控台10组成。在压缩气罐3中加入气体通过导气管与均匀送气盘8连接起来，均匀的在封闭式透明箱体9送入气体。通过微机控制系统 1调整温控台10的温度。

第四部部分监控及传送区：由微机控制系统1，监控器5组成。微机控制系统1与监控器连接实施全方位监控并通过数据线及时传送到显示器。

实施例一：

打开电源和微机控制系统，将制备石墨烯的材料放入储料器中，通过微机控制系统调整适当的激光功率、激光的运动速度以及储料器向固定传送轮的放料量的数据后开始进行激光打印。打印开始后，再打开真空抽滤泵，将激光打印后产生的石墨烯在真空抽滤泵的作用下经过广口收集器收集到物料收集器中。

实施例二：

打开电源和微机控制系统，将制备石墨烯的材料放入储料器中，通过微机控制系统调整适当的激光功率、激光的运动速度以及储料器向固定传送轮的放料量的数据。如果该物料需要在一定的温度下进行，再通过微机控制系统，打开温控台，输入所需温度，待温控台达到该温度后，监控系统会将数据传送至微机控制系统，系统便会自动开启打印装置。打印开始后，再打开真空抽滤泵，将激光打印后产生的石墨烯在真空抽滤泵的作用下经过广口收集器收集到物料收集器中。

实施例三：

打开电源和微机控制系统，将制备石墨烯的材料放入储料器中，通过微机控制系统调整适当的激光功率、激光的运动速度以及储料器向固定传送轮的放料量的数据。如果该物料急需要在一定的温度下又需要在某种特定的气体下完成。过微机控制系统，打开温控台，输入所需温度，待温控台达到该温度后，监控系统会将数据传送至微机控制系统。然后，再打开压缩气罐，当封闭式透明箱中充满该气体时，监控系统便立即会将数据传输至微机控制系统。系统便会自动开启打印装置。打印开始后，再打开真空抽滤泵，将激光打印后产生的石墨烯在真空抽滤泵的作用下经过广口收集器收集到物料收集器中。

本实用新型实现了激光连续打印形成石墨烯，整个制备过程设计合理、操作简单、生产成本较低，形成的石墨烯数量、质量均很高。需要说明的是以上所阐述的具体实施实例仅用于对本实用新型的理解，但本实用新型不受上述所选方式的限制。在不脱离本实用新型的原理的前提下，对本实用新型做出的修改均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型连续激光制备石墨烯装置，包括：微机控制系统控制的激光照射区、物料传送及接收区、温度及气体控制区、监控及信息传送区四个部分，其特征是：所述激光照射区包括450nm波长半导体激光器(7)、雾化喷头(6)、温控台(10)，所述微机控制系统(1)通过数据线与激光器(7)连接且微机控制系统将激光器调整到功率为4—5W的功率之间对物料照射，所述雾化喷头与微机控制系统连接控制物料喷洒溶剂装入雾化喷头中，微机控制系统根据输入喷涂的速率、时间和喷洒的面积的数据自动进行喷涂；

所述的物料传送及接收区包括储料器转换滚轮(2)，固定传送轮(4)，固定接收轮(11)，温控台(10)，广口吸收器(12)，物料收集器(15)，真空抽滤泵(14)，过滤筛(13)，储料器转换滚轮(2)与微机控制系统(1)连接，在微机控制系统中输入物料的输送速率，然后再通过固定传送轮(4)将物料传送至温控台(10)上，在激光器(7)照射下得到石墨烯产品后，当石墨烯形成后打开真空抽滤泵(14)，形成的石墨烯在真空泵的作用下经过广口吸收器(12)收集到物料收集器(15)，在过滤筛(13)的过滤下将石墨烯收集起来；

所述的温度及气体控制区包括压缩气罐(3)、均匀送气盘(8)、封闭式透明箱体(9)、温控台(10)，在压缩气罐(3)中加入气体通过导气管与均匀送气盘(8)连接起来，均匀的在封闭式透明箱体(9)送入气体，通过微机控制系统(1)调整温控台(10)的温度；

所述的监控及信息传送区包括监控器(5)，由微机控制系统(1)与监控器连接实施全方位监控，并及时将反应区中的温度，气体环境和石墨烯的生产数据通过数据线传送到微机控制系统。

2.如权利要求1所述的新型连续激光制备石墨烯装置，其特征是：所述激光器(7)的功率为4.5W，激光波长450nm，局域温度100～900℃，线宽尺寸～60μm，打印精度＜10μm，激光器安装支架距离底面的距离大于激光器的焦距，激光头距离底面的距离根据激光器焦距进行调节；电源连接方式：直流电，电源电压12V，横向移动范围根据支架和打印的范围进行调节，纵向移动距离调节后，根据激光器的焦距进行调节，打印类型：平面打印、合成、杂化，横纵向移动均通过微机控制系统控制。

3.如权利要求1所述的新型连续激光制备石墨烯装置，其特征是：所述固定传送轮(4)直径为5cm上下两轮间隙约4mm，所述固定接收轮(11)直径为5cm上下两轮间隙约4mm，固定接收轮(11)与固定传送轮(4)上下两轮间隙保持一致且均匀固定在封闭式透明箱体(9)的两侧并与温控台(10)在同一条直线上；所述封闭式透明箱体(9)长120mm，宽120mm，高120mm，内部安装有雾化喷头(6)且雾化喷头(6)横向移动和纵向移动根据支架和打印的范围进行调节，使得覆盖整个温控台；所述封闭式透明箱体(9)底端安装长110mm，宽110mm的均匀送气盘；均匀送气盘(8)进气口端、导气管与压缩气罐(3)的瓶口在同一直线上。

4.如权利要求1所述的新型连续激光制备石墨烯装置，其特征是：所述监控器(5)与激光器(7)的底端位于同一水平线上且与竖直方向夹角为45°±5°，监控器(5)通过数据线与微机控制系统连接，及时将信息传送至微机控制系统。

5.如权利要求1所述的新型连续激光制备石墨烯装置，其特征是：所述广口吸收器(12)距离温控台(10)处20mm±10mm且与温控台(10)水平夹角60°±5°位置时与导气管连接，导气管深入过滤筛(13)下方；真空抽滤泵(14)与导气管连接，导气管置于过滤筛(13)上方。

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