本實用新型涉及石墨烯材料制備領域，具體涉及一種制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置，從而實現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；?、低成本化機械法制備石墨烯材料。

背景技術：

2004 年，英國曼徹斯特大學天文物理學教授 Andre K. Geim 領導的研究小組，成功地在實驗中從石墨中剝離出石墨烯，這是世界上已知的最薄的材料，并發(fā)現(xiàn)它具有非凡的屬性。表現(xiàn)在具備透光性好、導熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等眾多普通材料不具備的性能，這種特殊的性能使石墨烯在觸摸屏、傳感器、超級電容、鋰電池、快速充電、太陽能電池、儲氫、電子元器件散熱、材料增強、防腐涂料、生物醫(yī)學、污水處理、海水淡化等諸多領域具有極大的應用價值。

但如何低成本、高效率、大批量制備具有較好的石墨烯材料一直困擾業(yè)界。如通過撕膠帶這種機械剝離的方法可以將石墨剝離獲得高質量的石墨烯，但是其制備效率并不高，難以批量獲取石墨烯；氣相沉積法通過化學反應的方法制備石墨烯，由于單純的生長法，存在嚴格控制反應時間、溫度、壓力等工藝方面的問題，工藝難以控制，不但成本高，而且難以規(guī)?；a(chǎn)；氧化還原法是目前能夠實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)石墨烯的有效方法，通過氧化還原法弱化石墨層間的結合力,從而剝離得到石墨烯,然而由于大量使用硫酸，導致石墨烯片層產(chǎn)生較多的晶格缺陷，因此所制備的片層不能充分展現(xiàn)石墨烯的優(yōu)良性質，無法滿足高性能材料對于高質量石墨烯的需求，特別是耗時長、能耗高、成本高昂、污染環(huán)境，因此，難以大面積推廣使用。

物理機械剪切剝離可以實現(xiàn)規(guī)?；?、低成本、環(huán)保制備石墨烯。如通過球磨機、膠體磨等的機械沖擊實現(xiàn)石墨烯的剝離。在實踐中，通過機械方式反復地研磨盡管獲得了石墨烯，但是由于受到研磨壓應力的作用，研磨撞擊對石墨晶格造成一定的破壞，由于研磨對石墨施加壓力，對剝離的石墨產(chǎn)生巨大的沖擊力，這種沖擊力會使石墨烯層產(chǎn)生結構缺陷，極易造成石墨烯層結構晶格缺陷，降低剝離后石墨烯的尺寸，使得制得的石墨烯產(chǎn)品晶體尺寸小。另外，目前研磨生產(chǎn)石墨烯屬于間歇式，在對石墨進行剝離的同時，對已剝離的石墨烯無法及時篩選出，因而難以進行連續(xù)穩(wěn)定的量產(chǎn)。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種用于制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置，包括氣流粉碎系統(tǒng)和分級系統(tǒng)。該裝置具有連續(xù)粉碎剝離、精細分級的特性，通過設置三級分級系統(tǒng)將剪切剝離得到的石墨烯及時分離收集，是一種制備石墨烯的專用設備。

本實用新型為實現(xiàn)上述技術目的，采用的技術方案是：一種用于制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置，包括氣流粉碎系統(tǒng)和分級系統(tǒng)，其特征是所述氣流粉碎系統(tǒng)由置于支架（8）上的粉碎室（12）、逆流漿（6）、對碰式氣流嘴（9）、穩(wěn)壓管（11）、高壓進氣閥（10）、進料口（5）組成；所述的分級系統(tǒng)由置于粉碎室（12）上方的一級分級輪（4）、二級分級輪（3）、三級分級輪（2）組成；其中一級分級輪（4）、二級分級輪（3）、三級分級輪（2）的半徑逐級減縮。

主要原料石墨由進料口（5）加入，高壓氣體由高壓進氣閥（10）進入穩(wěn)壓管（11），經(jīng)對碰式氣流嘴（9）時石墨產(chǎn)生高速旋流，由驅動電機（7）驅動的逆流漿（6）與高速運動的石墨產(chǎn)生碰撞粉碎，在多股高壓氣流的交匯點處物料被反復碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在風機抽力作用下隨上升氣流運動至分級系統(tǒng)，在高速旋轉的分級輪作用下產(chǎn)生的強大離心力作用下，在一級分級輪（4）處進行第一次分級，大顆粒受離心作用力大，被甩至分級輪外緣扇形處，不再受離心力的影響，自然下落到粉碎機內(nèi)繼續(xù)粉碎；較細微粒進入二級分級輪（3）進行二級分級，未被篩選的大顆粒和較小顆粒受離心作用力大，被甩至分級輪外緣扇形處，不再受離心力的影響，自然下落到粉碎機內(nèi)繼續(xù)粉碎；較細微粒進入三級分級輪（2）進行三級分級，進一步篩選得到符合要求的石墨烯，通過出料口（13）排出，收集得到高質量石墨烯。

作為上述方案的進一步設置，所述對碰式氣流嘴（9）的傾斜方向與逆流漿（6）的旋轉方向相反，在高速氣流作用下，石墨沿傾角方向流動，逆流漿（6）以相反方向轉動產(chǎn)生對撞破碎。

作為上述方案的進一步設置，所述逆流漿（6）為尖齒狀。

作為上述方案的進一步設置，所述一級分級輪（4）、二級分級輪（3）、三級分級輪（2）的半徑減縮幅度為一級分級輪半徑R、二級分級輪半徑2R/3、三級分級輪半徑R/2。

作為上述方案的進一步設置，所述一級分級輪（4）、二級分級輪（3）、三級分級輪（2）的結構為中間空、邊緣為折扇形。

本實用新型所述用于制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置，用于剝離鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨、氧化石墨。

本實用新型用于制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置，通過將壓縮空氣經(jīng)噴嘴高速噴射入粉碎腔體，與逆向旋轉的槳葉使石墨物料被反復碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在風機抽力作用下隨上升氣流運動至分級系統(tǒng)，通過半徑逐級減縮的三級分級輪分級，將石墨烯分離出來，實現(xiàn)了連續(xù)化、規(guī)?；⒌统杀净苽涓哔|量石墨烯。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型提出的一種用于制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置，具有如下優(yōu)點：

1、連續(xù)密閉生產(chǎn)，物理機械剝離，石墨剝離效率高，石墨烯結構不受損，實現(xiàn)了連續(xù)化、規(guī)?；?、低成本化、無污染制備高質量石墨烯。

2、通過特殊的減縮分級輪實現(xiàn)逐級精密分級，得到的石墨烯層數(shù)少、層數(shù)分布窄。

3、將達到要求的石墨烯及時分出來，相較于傳統(tǒng)的研磨，大大降低了工作能耗，是制備石墨烯的最佳設備。

附圖說明

圖1 為本實用新型一種用于制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置的示意圖。

其中：1-驅動電機；2-三級分級輪；3-二級分級輪；4-一級分級輪；5-加料口；6-逆流漿；7-驅動電機；8-支架；9-對碰式氣流嘴；10-高壓進氣閥；11-穩(wěn)壓管；12-粉碎室；13-出料口。

具體實施方式

以下結合附圖，對實用新型作進一步的詳細說明。實施本實用新型，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識。

實施例1

如圖1 所示，本實用新型提出了一種用于制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置，包括氣流粉碎系統(tǒng)和分級系統(tǒng)。該裝置具有連續(xù)粉碎剝離、精細分級的特性，通過設置三級分級系統(tǒng)將剪切剝離得到的石墨烯及時分離收集。所述氣流粉碎系統(tǒng)由置于支架（8）上的粉碎室（12）、逆流漿（6）、對碰式氣流嘴（9）、穩(wěn)壓管（11）、高壓進氣閥（10）、進料口（5）組成；所述的分級系統(tǒng)由置于粉碎室（12）上方的一級分級輪（4）、二級分級輪（3）、三級分級輪（2）組成；其中一級分級輪（4）、二級分級輪（3）、三級分級輪（2）的半徑逐級減縮。

原料膨脹石墨由進料口（5）加入，高壓氣體由高壓進氣閥（10）進入穩(wěn)壓管（11），經(jīng)對碰式氣流嘴（9）時石墨產(chǎn)生高速旋流，由驅動電機（7）驅動的逆流漿（6）與高速運動的石墨相反運動產(chǎn)生碰撞粉碎，在多股高壓氣流的交匯點處物料被反復碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在出料口（13）設置的風機抽力作用下隨上升氣流運動至分級系統(tǒng)，在高速旋轉的分級輪作用下產(chǎn)生的強大離心力作用下，在一級分級輪（4）處進行第一次分級，大顆粒受離心作用力大，被甩至分級輪外緣扇形處，不再受離心力的影響，自然下落到粉碎機內(nèi)繼續(xù)粉碎；較細微粒進入二級分級輪（3）進行二級分級，未被篩選的大顆粒和較小顆粒受離心作用力大，被甩至分級輪外緣扇形處，不再受離心力的影響，自然下落到粉碎機內(nèi)繼續(xù)粉碎；較細微粒進入三級分級輪（2）進行三級分級，通過設置的半徑減縮的分級輪，離心機逐級減小，一級分級輪半徑R、二級分級輪半徑2R/3、三級分級輪半徑R/2，精密分級出石墨烯，通過出料口（13）排出，收集得到高質量石墨烯。

實施例2

如圖1 所示，本實用新型提出了一種用于制備石墨烯材料的氣流粉碎裝置，包括氣流粉碎系統(tǒng)和分級系統(tǒng)。該裝置具有連續(xù)粉碎剝離、精細分級的特性，通過設置三級分級系統(tǒng)將剪切剝離得到的石墨烯及時分離收集。所述氣流粉碎系統(tǒng)由置于支架（8）上的粉碎室（12）、逆流漿（6）、對碰式氣流嘴（9）、穩(wěn)壓管（11）、高壓進氣閥（10）、進料口（5）組成；所述的分級系統(tǒng)由置于粉碎室（12）上方的一級分級輪（4）、二級分級輪（3）、三級分級輪（2）組成；其中一級分級輪（4）、二級分級輪（3）、三級分級輪（2）的半徑逐級減縮。

原料氧化石墨由進料口（5）加入，高壓氣體由高壓進氣閥（10）進入穩(wěn)壓管（11），經(jīng)對碰式氣流嘴（9）時石墨產(chǎn)生高速旋流，由驅動電機（7）驅動的逆流漿（6）與高速運動的石墨相反運動產(chǎn)生碰撞粉碎，逆流漿為尖齒形，在多股高壓氣流的交匯點處物料被反復碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在出料口（13）設置的風機抽力作用下隨上升氣流運動至分級系統(tǒng)，在高速旋轉的分級輪作用下產(chǎn)生的強大離心力作用下，在一級分級輪（4）處進行第一次分級，大顆粒受離心作用力大，被甩至分級輪外緣扇形處，不再受離心力的影響，自然下落到粉碎機內(nèi)繼續(xù)粉碎；較細微粒進入二級分級輪（3）進行二級分級，未被篩選的大顆粒和較小顆粒受離心作用力大，被甩至分級輪外緣扇形處，不再受離心力的影響，自然下落到粉碎機內(nèi)繼續(xù)粉碎；較細微粒進入三級分級輪（2）進行三級分級，通過設置的半徑減縮的分級輪，離心機逐級減小，一級分級輪半徑R、二級分級輪半徑R/2、三級分級輪半徑R/3，二級減縮幅度較大，分級出石墨烯，通過出料口（13）排出，收集得到高質量石墨烯。在與實施例1對比后，實施例2的分級精密度有所降低。

應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。