本发明专利技术涉及一种制备量子碳素的装置，量子碳素液是含有量子碳素的水溶液，所述量子碳素的水溶液包括碳素粒子：0.6≤粒径≤50nm单层石墨烯，0.6≤粒径≤100多层石墨烯，0.6nm≤粒径≤200nm的碳素结构粒子，0.6＜粒径＜200nm的量子碳素；本发明专利技术工艺简单、成本低、易于控制，容易实现大规模化生产，且无三废产生，生产的单层石墨烯、多层石墨烯、以及碳结构粒子颗粒度均匀，纯度高、产品质量稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制备装置，尤其是涉及一种制备量子碳素的装置。
技术介绍
众所周知，碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一。它具有SP、SP2、SP3杂化的多样电子轨道特性，尤其是碳碳双键sp2杂化的异向性导致晶体的各向导性，使得以碳元素为唯一构成元素的碳素结构材料具有各式各样的性质，而且，新碳素材料还在不断被发现和人工制得。可以说，没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成像三维金刚石晶体、二维石墨层片、一维卡宾和碳纳米管、零维富勒烯分子等如此之多的结构与性质完全不同的物质。譬如碳素结构体中的石墨烯片材料就有太多优越性，而且在太阳能电池、传感器方面、纳米电子学、高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域具有广泛的应用。近年来，科学家和致力于探索制备单层石墨烯的途径，尤其是要制备高质量、产率高、成本低、结构稳定的石墨烯的方法。目前公知比较成熟的制备石墨烯的方法主要有以下几种：①剥离法，包括微机械剥离法和溶剂剥离法等；②生长法，包括晶体外延生长、取向附生法、化学气相沉积等；③氧化还原石墨法，包括常用的 Hummers 法、Standenmaier法、Brodie 法等；④其它方法，主要有电弧放电法、石墨层间化学物途径法、目前非常新颖的高温淬火法与碳纳米管剥开法等。其中氧化还原石墨法具有简单且多元化的工艺，是常用的制备石墨烯的方法，但只适合于实验室少量制备用于研究，大量制备容易产生大量废酸、废水等引起环境污染。同样，碳素结构体这些具有优秀性质的材料，到目前为止，其各种制备方法在成本和环保等方面还没有根本性的突破。规模化制备高质量、低成本、环保型的碳素晶体材料是所有应用的基础, 发展低成本可控的制备方法是当下最急需解决的问题。量子碳素包括了粒径为0.3-100nm的碳素粒子的单层石墨烯、多层石墨烯、纳米碳结构体，在所述碳素粒子的表层具有含有碳、氢、氧、氮的化合物，所述含有碳、氢、氧、氮的化合物包括稠环芳烃、含有碳氧单键的化合物、含有碳氧双键的化合物、含有碳氢键的化合物。量子碳素是碳元素的一种热力学不稳定但动力学较稳定的亚稳定物质。构成量子碳素的基材是单分散碳原子或碳原子簇。以石墨烯为例，当石墨烯片层产生一定的弯曲结构时，则使处于平衡状态的碳原子具有一定的应力能并处于较高能量状态。不同碳同素异性体中碳元素所具有的能量各不相同，石墨中碳原子的能量为零为最稳定状态，富勒烯球C60中碳原子的能量最高达0.45eV，C240约为0.15eV，纳米碳管和金刚石中碳原子能量在0.02～0.03eV，要克服石墨烯弯曲结构的应力能,不同的碳同素异体的生成热有差别。最稳定的石墨其生成热Hf（g·c）为零；金刚石为1.67KJ/mol；C60为42.51KJ/mol；C70为40.38 KJ/mol碳，要使石墨变成弯曲结构形成不同碳同素异体，必须从外部施加更高能量使之在受激状态下形成能量更高的单分散碳原子或碳原子簇.这些可控式激态能量的供给，可以通过本专利技术的特殊加工方法实现，并可以选择性的制备出不同碳结构体。
技术实现思路
本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种制备量子碳素的装置，包括依次首尾连通的电化学氧化发生器部分、离子嵌入装置部分、石墨层间剥离部分、分散装置部分、分离装置部分和浓缩装置部分；电控部分用于控制电化学氧化发生器部分、离子嵌入装置部分、石墨层间剥离部分、分散装置部分、分离装置部分和浓缩装置部分的运行。优选地，所述电化学氧化发生器部分包括壳体和设置于壳体内腔中的至少一组正负极板发生组件，壳体左侧壁上设有进液口a和进气口b，壳体右侧壁上设有出料口c；壳体底部设有一个U形托架，托架上架有一中心轴，正负极板发生组件设置在中心轴上。优选地，所述正负极板发生组件包括正极板和负极板，垂直设置，所述正极板为石墨化三高；负极板为表面镀有Pt或Ni的314#不锈钢或314#不锈钢制成的金属极板，所述负极板上均匀地分布直径为1～2mm×（50～300）个的通孔；中心轴上设有一个弹性调节间隙装置，用于调节正极板和负极板之间的间隙，调节范围为0.5mm～10mm；所述弹性调节间隙装置包括垂直设置在中心轴上的滑动片以及固定在滑动片上的调节螺栓，调节弹簧的一端与正负极板发生组件接触，另一端与滑动片接触，正极板和负极板之间设有绝缘弹簧。优选地，所述离子嵌入装置部分包括泵体，以及通过若干水平管道和L形以及法兰组成的管道系统，L形管道的转角处设置有激振棒；管道系统的一端与泵体输出端连接，另一端的管道端头配接有至少一组离子嵌入器，所述离子嵌入器为可调式大功率聚焦式超声波换能器。优选地，所述石墨层间剥离部分包括壳体、设置在壳体内的剥离组件，壳体两端设有进口和出口并通过端盖封闭；剥离组件包括垂直设置的金属片A、金属片B、以及金属片C以及金属片D；所述金属片A、金属片B、金属片C以及金属片D对应结构为金属片结构A1、金属片结构A2、金属片结构B1以及金属片结构B2；其组合有金属片A-金属片C、或金属片B -金属片D、或金属片A-金属片、或金属片D-金属片A-金属片B-金属片C-金属片D；其中金属片结构A1为均匀分布六角形通孔圆盘，圆盘中心为中心孔的中心；金属片结构B1和金属片结构A1的孔型尺寸相同，为均匀分布六角形通孔圆盘，但圆盘中心为金属片结构A1横向移动两孔中心直线距离的1/2处；其中金属片结构A2为均匀分布圆形通孔圆盘，圆盘中心为中心孔的中心；金属片结构B2和金属片结构A2的孔型尺寸相同，为均匀分布圆形通孔圆盘，但圆盘中心为金属片结构A2横向移动两孔中心直线距离的1/2处；其中金属片结构C片为圆盘周边有半圆通孔和盘中均匀分布至少四个限位螺孔；其中金属片结构D片为中心有一通孔；其组合有A1-B1、A2-B2、A-B和DABCD；所述分散装置部分包括壳体、设置在壳体内依次连接的两个分散腔，分别是分散腔一和分散腔二，所述分散腔二的输出端与壳体外部的输出腔连接；所述分散腔一和分散腔二为两个矩形腔，且分散腔一输出端与分散腔二的输入端连接，所述分散腔二的输出端楔形，倾斜角度为α；输出腔为梯形，且两边的倾斜角度为β，所述分散腔二的输出端至输入端的距离为L，宽度为D1，分散腔二的输出端的口径为D2，所述壳体上部还开有一个垂直流道至分散腔一和分散腔二的连接处，该流道为一个倒T形流道，流道的底部为矩形，且与分散腔一和分散腔二的连接处连通；其中，0.01≤（D1-D2）/L≤0.1，；35°≤α≤75°； 45°≤β≤85°。因此，本专利技术具有如下优点：本专利技术工艺简单、成本低、易于控制，容易实现大规模化生产，且无三废产生，生产的单层石墨烯、多层石墨烯、以及碳结构粒子颗粒度均匀，纯度高、产品质量稳定。附图说明图1为量子碳素制备构成图。图2a为电化学氧化发生器部分（1）结构示意图。图2b为电化学氧化发生器部分（1）中沿K-K线剖视结构示意图。图2c为电化学氧化发生器部分（1）中负极板的结构示意图。图2d为电化学氧化发生器部分（1）中正极板的结构示意图。图3为离子嵌入装置部分（3）结构示意图。图4为石墨层间剥离分散装置部分（2）中的结构示意图。图5a为剥离部件（2-1）中的A1的剥离片图。图5b为剥离本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备量子碳素的装置，其特征在于，包括依次首尾连通的电化学氧化发生器部分(1)、离子嵌入装置部分(3)、石墨层间剥离部分、分散装置部分(2)、分离装置部分和浓缩装置部分；电控部分用于控制电化学氧化发生器部分(1)、离子嵌入装置部分(3)、石墨层间剥离部分、分散装置部分(2)、分离装置部分和浓缩装置部分的运行。
【技术特征摘要】
1.一种制备量子碳素的装置，其特征在于，包括依次首尾连通的电化学氧化发生器部分(1)、离子嵌入装置部分(3)、石墨层间剥离部分、分散装置部分(2)、分离装置部分和浓缩装置部分；电控部分用于控制电化学氧化发生器部分(1)、离子嵌入装置部分(3)、石墨层间剥离部分、分散装置部分(2)、分离装置部分和浓缩装置部分的运行。2.按照权利要求1所述的一种制备量子碳素的装置，其特征在于：所述电化学氧化发生器部分(1)包括壳体和设置于壳体内腔中的至少一组正负极板发生组件，壳体左侧壁上设有进液口a和进气口b，壳体右侧壁上设有出料口c；壳体底部设有一个U形托架(1-3)，托架(1-3)上架有一中心轴(1-4)，正负极板发生组件设置在中心轴(1-4)上。3.按照权利要求2所述的一种制备量子碳素的装置，其特征在于：所述正负极板发生组件包括正极板(1-2)和负极板(1-1)，垂直设置，所述正极板(1-2)为石墨化三高；负极板(1-2)为表面镀有Pt或Ni的314#不锈钢或314#不锈钢制成的金属极板，所述负极板(1-2)上均匀地分布直径为1～2mm×(50～300)个的通孔；中心轴(1-4)上设有一个弹性调节间隙装置(1-5)，用于调节正极板(1-2)和负极板(1-1)之间的间隙，调节范围为0.5mm～10mm；所述弹性调节间隙装置(1-5)包括垂直设置在中心轴(1-4)上的滑动片以及固定在滑动片上的调节螺栓，调节弹簧的一端与正负极板发生组件接触，另一端与滑动片接触，正极板(1-2)和负极板(1-1)之间设有绝缘弹簧。4.按照权利要求3所述的一种制备量子碳素的装置，其特征在于：所述离子嵌入装置部分(3)包括泵体(3-4)，以及通过若干水平管道和L形以及法兰(3-2)组成的管道系统，L形管道的转角处设置有激振棒(3-3)；管道系统的一端与泵体(3-4)输出端连接，另一端的管道(3-1)端头配接有至少一组离子嵌入器，所述离子嵌入器为可调式大功率聚焦...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱光华，
申请(专利权)人：玉灵华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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