一種持壓連續(xù)、微波加熱膨化爆裂剝離的石墨烯生產(chǎn)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及石墨烯的生產(chǎn)設(shè)備，屬于新材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨稀（Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，是一種由碳 原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材 料。通常情況下5層以內(nèi)均可稱為石墨烯。石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料， 它幾乎是完全透明的，只吸收2. 3 %的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m?K，高于碳納米管和金 剛石，常溫下其電子迀移率超過15000cm2/V?s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約 10-6Q?_，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。石墨烯是迄今為止世界上強度最大 的材料，據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當(dāng)于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜（厚度約10 萬納米），那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂。
[0003] 石墨烯的應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用 于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子 領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生 產(chǎn)未來的超級計算機，碳元素更高的電子迀移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。另 外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級電容器、鋰離子電池方面，由于 其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑。
[0004] 目前生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備均無法實現(xiàn)以連續(xù)生產(chǎn)成為工業(yè)化規(guī)模，采取的方式仍是 間歇批次式的生產(chǎn)模式。
[0005] 其中氧化還原法來制備石墨烯是主流，運用此方法首先必須制得氧化石墨后，在 高溫下急速加溫，使其膨化，獲得最佳膨脹體積。同時在XRD分析下其片導(dǎo)C軸間距擴大至 5-7Ao,奠定超音波剝離的基礎(chǔ)。上述的高溫高達900 °C，一般皆用馬弗爐來制備，由電源加 溫，預(yù)熱至預(yù)期溫度，耗時耗能，另外，其膨化的均勻性并不穩(wěn)定，使得膨脹體積分布較廣， 直接影響至下一步剝離的穩(wěn)定性。
[0006] 傳統(tǒng)加熱法不僅耗時耗能，其所得的微孔結(jié)構(gòu)，界于800nm-lOOOOnm之間，不但 高于納米且分布極廣。另外，其孔徑容積亦大且分布寬，使得制備石墨烯質(zhì)量較不穩(wěn)定，增 加高純納米級石墨稀制備的難度。
[0007] 石墨必須使用強酸型氧化劑以及插層劑，才能充分氧化，加熱后膨脹。而所使用后 的強酸型氧化劑，由洗滌的工藝開始，即面對環(huán)保污染的重荷。
[0008] 電解法雖能解決部分上述的問題，但設(shè)備工藝復(fù)雜而且成本甚高。 【實用新型內(nèi)容】
[0009] 為了解決上述問題，本實用新型提供一種制備石墨烯的新設(shè)備。
[0010] 一種持壓連續(xù)、微波加熱膨化爆裂剝離的石墨烯生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于包括持壓 傳送帶和分布于持壓傳送帶周圍的微波發(fā)生系統(tǒng)；
[0011] 其中所述持壓傳送帶包括兩條循環(huán)轉(zhuǎn)動帶，兩條循環(huán)轉(zhuǎn)動帶的相對面同步轉(zhuǎn)動； 在所述相對面的各自的外側(cè)包括持壓平臺，所述持壓平臺為相對于循環(huán)轉(zhuǎn)動帶轉(zhuǎn)動方向靜 止的熱壓平板或隨循環(huán)轉(zhuǎn)動帶轉(zhuǎn)動的履帶平臺；還包括調(diào)控持壓平臺對所述相對面之間壓 力的液壓系統(tǒng)。
[0012] 本實用新型的設(shè)備優(yōu)選的包括膨化段和焙燒段，所述膨化段包括工作腔體、位于 工作腔體內(nèi)部的所述持壓傳送帶和分布于工作腔體外部的所述微波發(fā)生系統(tǒng)；所述膨化段 通過傳送帶連接焙燒段，所述焙燒段包括工作腔體和位于工作腔體外部的微波發(fā)生系統(tǒng)， 所述傳送帶穿過所述焙燒段的工作腔體。
[0013] 優(yōu)選的所述膨化段的工作腔體為五邊形，且具有豎直方向的對稱軸，所述膨化段 的微波發(fā)生系統(tǒng)分布于上側(cè)的兩個邊和底邊上；所述焙燒段的工作腔體為圓筒形。
[0014] 優(yōu)選的所述膨化段的工作腔體長度為1700m-2100m，所述焙燒段的工作腔體長度 為 2800m-3200m。
[0015] 優(yōu)選的所述膨化段包括輸出總功率為36kW的位于工作腔體的上部的21組和下部 的14組微波發(fā)生系統(tǒng)，所述焙燒段包括輸出總功率為20kW的分別位于工作腔體左右兩側(cè) 的共20組微波發(fā)生系統(tǒng)。
[0016] 優(yōu)選的所述膨化段的微波發(fā)生系統(tǒng)包括50_的壓接耐高溫石英片加長波導(dǎo)，所 述焙燒段的微波發(fā)生系統(tǒng)包括300_的水冷循環(huán)波導(dǎo)。
[0017] 優(yōu)選的所述焙燒段的工作腔體包括三層隔熱結(jié)構(gòu)，中間層為耐火隔熱隔溫材料， 內(nèi)層和外層為耐高溫不銹鋼。
[0018] 優(yōu)選的所述液壓系統(tǒng)包括液壓缸、油箱、液壓閥和伺服器，所述液壓缸包括位于持 壓平臺兩側(cè)的兩列液壓缸。
[0019] 優(yōu)選的所述持壓平臺和循環(huán)轉(zhuǎn)動帶之間包括滾動裝置，所述滾動裝置為滾子或 輥。
[0020] 優(yōu)選的所述滾子具有多個形成滾子毯，所述滾動系統(tǒng)包括液壓油或固相潤滑劑， 位于所述滾子上以及所述持壓平臺與所述循環(huán)轉(zhuǎn)動帶的接觸面之間。
[0021] 技術(shù)效果：
[0022] 本實用新型的設(shè)備的膨化段，運用微波由內(nèi)分子結(jié)構(gòu)加熱的特性，以及石墨本身 可制成不同階數(shù)（所謂階數(shù)為插層劑插入石墨層間時間隔的層數(shù)）的層間化合物后可加熱 膨化的條件，再開創(chuàng)以持壓下連續(xù)生產(chǎn)的模式，將微波輻射進入石墨及其層間化合物。由于 石墨的導(dǎo)電性形成渦電流以及層間插入物的介電性，微波對其形成的偶極子諧振，分子間 摩擦生熱，因而使得氧化石墨層間內(nèi)部溫度急速上升，迅速產(chǎn)生膨化作用。本實用新型運用 的連續(xù)持壓模式是在外加高壓下抑制上述層狀石墨z軸向的膨化推力，直至傳輸?shù)窖h(huán)轉(zhuǎn) 動帶端口。在端口處，環(huán)境壓力突降為大氣壓，使得層間內(nèi)的外受高壓與抑制壓力，急速降 低釋放，立即形成巨大的向上頂開矢量，克服石墨層間范德華力，因而產(chǎn)生層間剝離。
[0023] 本實用新型利用持續(xù)的外加力量，由上下循環(huán)傳送帶對石墨的擠壓，通過回旋運 動保持連續(xù)運作，達到施壓作用的維持，即持壓的方式。由于采用了持壓方式，上述在端口 處突然的壓降其釋放出的壓力將改變成由x、y、z三向力合成的矢量，而非全部沿著z軸，如 此結(jié)果將可獲得向上頂力以及剪切力，實現(xiàn)各個方向的膨脹即爆裂膨化的效果，可以充分 的打開層間片層。
[0024] 在膨化段后可進一步連接焙燒段，通過微波加熱焙燒對膨化后的物料進一步進行 雜質(zhì)的去除。
[0025] 本實用新型最重要的創(chuàng)建是持壓連續(xù)生產(chǎn)模式取代間歇批次式，使膨脹石墨能工 業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。已形成的不同階插入、多元插入物插入的層間化合物經(jīng)由傳送帶，送入上下加 壓平臺之間，藉由液壓伺服機構(gòu)的調(diào)整使上下加壓平臺的間隙改變亦即施加于石墨的壓力