TWI625299B - Apparatus for producing graphene and method thereof - Google Patents

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Abstract

一種生產石墨烯的裝置,係針對一混合漿料進行處理,該混合漿料包括一石墨和一界面活性劑,該裝置包含一容置槽、一加壓單元及一噴嘴,該容置槽容置該混合漿料,該加壓單元與該容置槽連通,提供一推擠壓力至該容置槽以對該混合漿料進行一加壓行程,該噴嘴與該容置槽連接而相通,以將完成該加壓行程的該混合漿料自該容置槽中高速排出,其中該推擠壓力介於500Mpa至1000Mpa之間,令該加壓行程擠壓該容置槽內的該些石墨而彼此進行磨擦,使一部份的該石墨形成一第一部份石墨烯,且另一部份的該石墨通過該噴嘴時受一剪切力分離而形成一第二部份石墨烯。

Description

一種生產石墨烯的裝置及其方法
本發明為有關一種生產石墨烯的裝置及其方法,尤指一種快速生產石墨烯的裝置及其方法。
石墨烯(Graphcne)為目前最薄且最堅硬的奈米材料,一般來說,石墨烯的取得方式可藉由各種不同的分離技術來將石墨的碳層進行拆層而取得。
如中華民國發明專利公告第I526394號,提出一種製造石墨烯薄片的系統,包含有一噴嘴、一彎管、兩進料以及一出料口;該彎管與該噴嘴連接,該進料口分別與該彎管連接,進而與該噴嘴連通,該出料口與該噴嘴連接;其中,一混合有一高度石墨化石墨烯的液體,經一加壓系統加壓而由該進料口流入該彎管,並於該彎管轉變流向而流入該噴嘴,該高度石墨化石墨烯流經該噴嘴時,產生一提供作為濕式剪切力之液體作用力而分散成複數石墨烯薄片,該高度石墨化石墨烯之石墨化程度係為0.8至1.0。
於以上先前技術之中,由於該高度石墨化石墨烯需快速地通過該噴嘴才能有效的分離,故於該液體中的該高度石墨化石墨烯濃度不可太高,否則會因為濃度過高而使該高度石墨化石墨烯堵塞於該噴嘴,因此,該高度石墨化石墨烯的處理量相對較低,且要達到有效的該高度石墨化的石墨烯拆層,需循環上百次,由此可知,傳統製造石墨烯薄片的系統不僅產量較少外,更需耗費大量時間來製作。
本發明的主要目的,在於解決習知石墨烯薄片的製造系統產量少以及生產速度較慢的問題。
為達上述目的,本發明提供一種生產石墨烯的裝置,係針對一混合漿料進行處理,該混合漿料中包括一石墨和一界面活性劑,該裝置包含一容置槽、一加壓單元、以及一噴嘴,該容置槽容置該混合漿料,該加壓單元與該容置槽連通,提供一推擠壓力至該容置槽以對該混合漿料進行一加壓行程,該噴嘴與該容置槽連接而相通,以將完成該加壓行程的該混合漿料自該容置槽中高速排出,其中,該推擠壓力係介於500Mpa至1000Mpa之間,以令該加壓行程擠壓該容置槽內的該些石墨而彼此進行磨擦,使一部份的該石墨形成一第一部份石墨烯,且另一部份的該石墨通過該噴嘴時受一剪切力分離而形成一第二部份石墨烯。
為達上述目的,本發明另提供一種生產石墨烯的方法,包含以下步驟:混合一石墨和一界面活性劑而形成一混合漿料,並將該混合漿料注入一容置槽;透過一加壓單元提供一推擠壓力至該容置槽以對該混合漿料進行一加壓行程;以及完成該加壓行程的該混合漿料透過一與該容置槽連接而相通的該噴嘴自該容置槽中高速排出;其中,該推擠壓力係介於500Mpa至1000Mpa之間,以令該加壓行程擠壓該容置槽內的該些石墨而彼此磨擦,使一部份的該石墨形成一第一 部份石墨烯,且另一部份的該石墨通過該噴嘴時受一剪切力分離而形成一第二部份石墨烯。
由以上可知,本發明相較於習知技藝可達到之功效在於,本發明係透過該加壓單元以推擠的方式對該混合漿料進行該加壓行程,因此該混合漿料中的該石墨濃度可相對提高而可同時處理大量的該石墨,且藉由該加壓行程而分別使該容置槽內的一部份該石墨先進行拆層以及另一部份該石墨接觸該噴嘴時受該剪切力而拆層,由於該混合漿料通過該容置槽一次即可達到有效的石墨拆層效果,故本案生產石墨烯的該裝置相較於傳統製造石墨烯薄片的該系統具有快速以及大量生產石墨烯的功效。
S1~S4‧‧‧步驟
1‧‧‧混合漿料
2‧‧‧石墨
3‧‧‧界面活性劑
4‧‧‧第一部份石墨烯
5‧‧‧第二部份石墨烯
10‧‧‧容置槽
20‧‧‧加壓單元
30‧‧‧噴嘴
31‧‧‧開口
40‧‧‧收集單元
『圖1』,為本發明一實施例中,生產石墨烯的裝置示意圖。
『圖2A』,為本發明一實施例中,形成該第一部份石墨烯的示意圖。
『圖2B』,為本發明一實施例中,形成該第二部份石墨烯的示意圖。
『圖3』,為本發明一實施例中,生產石墨烯的步驟流程圖。
於實施方式與申請專利範圍中,除非內文中對於冠詞有所特別限定,否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。
有關本發明的詳細說明及技術內容,現就配合圖式說明如下:請搭配參閱『圖1』至『圖2B』所示,分別為本發明一實施例中生產石墨烯的裝置示意圖、形成該第一部份石墨烯的示意圖以及形成該第二部份石墨烯的示意圖,本發明為一種生產石墨烯的裝置,係針對一混合漿 料1進行處理,該裝置包含一容置槽10、一加壓單元20、以及一噴嘴30,該容置槽10用於容置該混合漿料1。該混合漿料1中包括一石墨2和一界面活性劑3,於一實施例,該石墨2於該混合漿料1中所佔之重量百分比介於60wt.%至70wt.%之間,該界面活性劑3於該混合漿料1中所佔之重量百分比介於30wt.%至40wt.%之間。於一實施例,該界面活性劑可為N-甲基吡咯烷酮(N Methyl2 pyrrolidone,簡稱NMP)、四氫呋喃(Tetrahydrofuran,簡稱THF)、甲苯(Toluene)、乙酸乙酯(Ethyl acetate)、異丙醇(lsopropanol)、乙醇(Ethanol)、丙酮(Acetone)、丁酮(Methyl Ethyl Ketone,簡稱MEK)、三氯甲烷(Chloroform)、2-氨基丁烷(2Amino-butane)或純水分別與十二烷基苯磺酸鈉(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate,簡稱SDBS)、聚苯乙烯磺酸酯(poly styrene sulfonate),簡稱PSS)、聚氧乙烯辛基苯基醚(Polyoxyenthylene octyl phenyl ether)或上述組合。
該加壓單元20與該容置槽10連通,提供一推擠壓力至該容置槽10以對該混合漿料1進行一加壓行程,該加壓單元20例如為一油壓推進器,於一實施例,該推擠壓力介於500Mpa至1000Mpa之間,較佳為500Mpa至700Mpa之間,可依實際需求設置不同的加壓單元,只要能提供該推擠壓力即可,不以本實施例之舉例為限。
該噴嘴30與該容置槽10連接而相通,將完成該加壓行程的該混合漿料1自該容置槽10中高速排出,於本發明中,該噴嘴30具有一孔徑介於1mm至1cm之間的開口31,且該容置槽10為一密封腔體。
於本發明中,該加壓行程係對該容置槽10內的該些石墨2擠壓而使該石墨2彼此進行磨擦,使一部份的該石墨2分離而形成一第一部份石墨烯4,如『圖2A』所示;藉由該加壓行程的推擠,使另一部份的該石墨2快速 通過該噴嘴30的該開口31時,受一剪切力分離而形成一第二部份石墨烯5,如『圖2B』所示。
於本發明中,該生產石墨烯的裝置更包含一收集單元40,用於收集由該噴嘴30所排出的該第一部份石墨烯4和該第二部份石墨烯5。
請搭配參閱『圖3』所示,為本發明一實施例中生產石墨烯的步驟流程圖,本發明為一種生產石墨烯的方法,包含以下步驟:
步驟S1:混合一石墨2和一界面活性劑3而形成一混合漿料1,並將該混合漿料1注入一容置槽10。
步驟S2:透過一加壓單元20提供一推擠壓力至該容置槽10以對該混合漿料1進行一加壓行程,該加壓行程係擠壓該容置槽10內的該些石墨2而彼此磨擦,使一部份的該石墨2形成一第一部份石墨烯4,該混合漿料1中的該界面活性劑3可令經磨擦而形成的該第一部份石墨烯4彼此間不貼回。
步驟S3:透過一與該容置槽10連接而相通的噴嘴30,將完成該加壓行程的該混合漿料1自該容置槽10中高速排出,而使另一部份的該石墨2通過該噴嘴30的一開口31時受一剪切力分離而形成一第二部份石墨烯5。
步驟S4:透過一收集單元30將由該噴嘴30所排出的該第一部份石墨烯4和該第二部份石墨烯5進行收集。
綜上所述,由於本發明係透過該加壓單元以推擠的方式對該混合漿料進行該加壓行程,因此該混合漿料的該石墨濃度可相對提高而可同時處理大量的該石墨,且藉由該加壓行程而分別使該容置槽內的一部份該石墨先進行拆層以及另一部份該石墨接觸該噴嘴時受該剪切力而拆層,由於該混合漿料通過該容置槽一次即可達到有效的石墨拆層效果,故本案生產 石墨烯的該裝置相較於傳統製造石墨烯薄片的該系統具有快速以及大量生產石墨烯的功效。
以上已將本發明做一詳細說明,惟以上所述者,僅為本發明的一較佳實施例而已,當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等,皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

Claims (8)

  1. 一種生產石墨烯的裝置,係針對一混合漿料進行處理,該混合漿料中包括一石墨和一界面活性劑,該裝置包含:一容置該混合漿料的容置槽;一與該容置槽連通的加壓單元,提供一推擠壓力至該容置槽以對該混合漿料進行一加壓行程;以及一與該容置槽連接而相通的噴嘴,將完成該加壓行程的該混合漿料自該容置槽中高速排出;其中,該推擠壓力係介於500Mpa至1000Mpa之間,以令該加壓行程擠壓該容置槽內的該些石墨而彼此進行磨擦,使一部份的該石墨形成一第一部份石墨烯,且另一部份的該石墨通過該噴嘴時受一剪切力分離而形成一第二部份石墨烯。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該石墨於該混合漿料中所佔之重量百分比介於60wt.%至70wt.%之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該界面活性劑於該混合漿料中所佔之重量百分比介於30wt.%至40wt.%之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該噴嘴具有一孔徑介於1mm至1cm之間的開口。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該推擠壓力介於500Mpa至700Mpa之間。
  6. 一種生產石墨烯的方法,包含以下步驟:混合一石墨和一界面活性劑而形成一混合漿料,並將該混合漿料注入一容置槽,其中該石墨於該混合漿料中所佔之重量百分比介於60wt.%至70wt.%之間、該界面活性劑於該混合漿料中所佔之重量百分比介於30wt.%至40wt.%之間,且該界面活性劑為N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃、甲苯、乙酸乙酯、異丙醇、乙醇、 丙酮、丁酮、三氯甲烷、2-氨基丁烷、十二烷基苯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸酯、聚氧乙烯辛基苯基醚或上述組合;透過一加壓單元提供一推擠壓力至該容置槽以對該混合漿料進行一加壓行程;以及完成該加壓行程的該混合漿料透過一與該容置槽連接而相通的噴嘴自該容置槽中高速排出;其中,該推擠壓力係介於500Mpa至1000Mpa之間,以令該加壓行程擠壓該容置槽內的該些石墨而彼此磨擦,使一部份的該石墨形成一第一部份石墨烯,且另一部份的該石墨通過該噴嘴時受一剪切力分離而形成一第二部份石墨烯。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法,其中該噴嘴具有一孔徑介於1mm至1cm之間的開口。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法,其中該推擠壓力介於500Mpa至700Mpa之間。
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