石墨烯量产化设备及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯量产化设备及其制造方法，其制造方法包括：(1)设置一第一电极及一第二电极于一电解槽的电解液中，该第一电极为一正极，第二电极为一负极，且该第一电极是设在一具有筛网的滚筒内，该滚筒内置入有复数石墨碎片；(2)施加一第一偏压下，并使该滚筒于该第一偏压下进行滚动，使该石墨碎片进行离子嵌入步骤；(3)于滚筒滚动中续施加一第二偏压，进行该石墨碎片的拆层剥离步骤；(4)该石墨碎片经拆层剥离步骤后形成至少一层复数石墨烯碎片；(5)该复数石墨烯碎片通过该滚筒的筛网沉积该电解槽的底部；据此，能解决现有石墨烯电化学剥离法制造的缺点，使具有量产化的可实施性，并便利石墨烯的收集、取用，进而达到石墨烯制造生产的极佳经济效益。

Graphene production equipment and manufacturing method thereof

The invention provides a graphene production equipment and its manufacturing method, the manufacturing method comprises: (1) the electrolyte is provided with a first electrode and a second electrode in an electrolytic cell, the first electrode as a cathode, the second electrode as a negative electrode, and the first electrode is set on the roller with the screen, the drum is built into plural graphite fragments; (2) applying a first bias, and the bias of the drum on the first roll, the graphite fragments ion embedding step; (3) to the drum roll continued applying a second bias, remove the layer stripping steps of graphite fragments (4; the debris was removed) graphite layer stripping steps after forming at least one layer of complex graphene fragments; (5) the plural pieces of graphene by deposition of the screen drum the bottom of the electrolyzer; accordingly, can solve the existing graphene electrical chemistry The disadvantages of the stripping method are that the production can be carried out, and the collection and use of graphene can be conveniently carried out, thereby achieving excellent economic benefit in the production and manufacture of graphene.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯量产化设备及其制造方法
本专利技术涉及一种石墨烯的量产化技术，尤其涉及一种利用电化学方式而能大量生产石墨烯及便于石墨烯制成品搜集取得的石墨烯量产化设备及其制造方法。
技术介绍
石墨是由多层石墨烯构成的结晶构造，而石墨烯(graphene)是一种单层的石墨结构，每个碳原子的间以sp2结晶结构与相邻的三个碳原子形成键结，并延伸成蜂窝状六角形的二维结构，目前石墨烯已被广为应用于半导体、触控面板或太阳能电池等领域中，且更预期广泛应用于光电、绿能发电、环境生医感测、复合性功能材料等诸多产业领域的发展。现有石墨烯的制造方法包含有：机械剥离法(mechanicalexfoliation)、磊晶成长法(Epitaxialgrowth)、化学气相沈积法(chemicalvapordeposition,CVD)、化学剥离法(chemicalexfoliation)及电化学剥离法(electrochemicalexfoliation)等方法。如图1所示，最上方为由三个单层石墨烯以微弱范德华力结合成的石墨结构示意图，中间图标为以电化学电解法以石墨棒电极制作石墨烯图示，是现有一种制造石墨烯的电化学剥离法，其设备包括有一电解槽90，该电解槽90内置有电解液901及一正电极91、负电极92，其中，该正电极91是一石墨材料，而该负电极92是一金属或石墨材料，其制程中是利用一第一偏压来进行正电极石墨材料的嵌入(intercalation)步骤，使电解液901中的阴离子通过电压差而嵌插到正电极(棒体石墨材料)相邻的两层石墨层之间及或其晶粒边界(grainboundary)上，继利用一第二偏压来进行此石墨材料的拆层剥离(exfoliation)步骤，而剥离后所产生的石墨烯93将沉积在该电解槽90的底部，即完成实验室石墨烯的产生制造。由于石墨烯93是一种单原子层体，其放大示意图如图示下方的石墨烯93A，该石墨烯93A可设在一基材95上，用以改变该基材95的作用性质，如导电性、导热性、穿透率或结构强度等。前述该现有石墨烯电化学剥离法的设备及制造方式，其虽可制造生产石墨烯，但仍有其缺点存在，例如：该现有石墨烯电化学剥离法的设备及制造方式，其是在无适当辅助外力作用下的静态方式进行，在生产过程中也因电极形状非同轴对称设计而将导致电极间电场分布、电解液浓度与温度分布等不均匀的现象，不利石墨烯的有效持续制造生产，显非理想量产的制造方法。为此，本专利技术人有鉴于现有石墨烯电化学剥离法的设备及制造方式其量产使用上的缺点及其整体设计未尽理想的事实，即着手研发构思其解决方案，希望能开发出一种能具量产性、收集取用便利性及经济效益性的石墨烯量产化设备及其制造方法，以促进此业的发展，遂经多时的构思而有本专利技术的产生。
技术实现思路
本专利技术的目的是在提供一种石墨烯量产化设备及其制造方法，其能解决现有石墨烯电化学剥离法制造的缺点，使具有量产化的可实施性，并便利石墨烯的收集、取用，进而达到石墨烯制造生产的极佳经济效益。本专利技术的再一目的是在提供一种石墨烯量产化设备及其制造方法，其能利用滚筒滚动的循环助力及同轴对称电极的设计使施加于被嵌入与拆层的对象的电场分布均匀，促使石墨的嵌入与剥离步骤更具效率性、均匀性，且使电解液不会产生不均的温度梯度，而更利于电化学剥离法的制造生产石墨烯。本专利技术为了达成上述目的，其所采用的技术手段包括有：一电解槽，其内置有电解液及浸设在该电解液中的一第一电极、第二电极；一滚筒装置，包括有一滚筒及设在该滚筒内的复数石墨碎片，该滚筒是浸设在该电解液中且用以容置该第一电极，该滚筒是受一连动机构连动而旋转，该滚筒的筒壁上是设有复数穿孔的筛网，该筛网的穿孔是大于经拆层剥离步骤后的石墨烯碎片，该拆层前复数石墨碎片是浸设在该电解液中，用以进行嵌入、剥离的电化学步骤而产出石墨烯碎片。前述结构，其中该第一电极为一正极，该第二电极为一负极。前述结构，其进一步包括有一收取装置，该收取装置是接设在该电解槽的底部。前述结构，其中该收取装置是包括有一管路及收集槽，该管路是连接于该电解槽底部的一电接槽出口，该收集槽是连接该管路，该收集槽底部是设有一具复数穿透细孔的筛网出口，该筛网出口的穿透细孔是小于该拆层后石墨烯碎片尺寸。前述结构，其中该管路是进一步包括有一第一管路、第二管路及第三管路，该第一管路是连接于该电解槽与该收集槽之间，该第一管路内是设有一具复数筛网网目穿孔的筛滤部，该筛滤部的筛网网目穿孔是大于该石墨烯碎片的尺寸。前述结构，其中该第二管路是连接于该收集槽的该筛网出口；一控制槽，该控制槽是连接于该第二管路相对该收集槽的另端，该控制槽是用以检测、调节控制该电解液的浓度、酸碱度、组成成分。前述结构，其中该第三管路是连接该控制槽，该第三管路是具有一出注口，使流出该控制槽的电解液再注入该电解槽。前述结构，其进一步包括有一供应槽，该供应槽是以一第四管路连接该第三管路的一接口，该供应槽内是置有新电解液，该新电解液经第四管路注入该第三管路内。本专利技术的制造方法包括有：(1)设置一第一电极及一第二电极于一电解槽的电解液中，该第一电极为一正极，第二电极为一负极，且该第一电极是设在一具有筛网的滚筒内，该滚筒内置入有复数石墨碎片，该筛网设有复数大于石墨烯碎片的穿孔，该电解液是通过该等穿孔进出该滚筒；(2)施加一第一偏压下，并使该滚筒于该第一偏压下进行滚动，使该石墨碎片于接触电极时进行离子嵌入(intercalation)步骤；(3)于滚筒滚动中续施加一第二偏压，进行该石墨碎片的剥离拆层(exfoliation)步骤；(4)该等石墨碎片经剥离拆层步骤后形成至少一层复数石墨烯碎片；(5)该复数石墨烯碎片通过该滚筒的筛网沉积该电解槽的底部。前述方法，其中该步骤(5)后是接续一该复数石墨烯碎片随着电解液流出该电解槽以进行收集取出的操作。为使对本专利技术的技术、方法特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后。附图说明图1为现有制造石墨烯的电化学拆层剥离法示意图；图2为本专利技术设备的侧视示意图；图3为本专利技术设备的立体示意图；图4为本专利技术设备的运作侧视示意图；图5为本专利技术设备另一实施例的立体示意图；图6为本专利技术设备的收集取出结构示意图；图7为本专利技术的制程方法流程示意图。附图标记说明：10-电解槽；12-第二电极；14-第一电极；16-电解液；18-中空空间；20-滚筒装置；21-滚筒；211-筛网；212-电解槽出口；22-石墨碎片；30-石墨烯碎片；40-收取装置；41-管路；42-收集槽；421-筛网出口；43-第一管路；431-筛滤部；44-第二管路；441-接口；45-第三管路；451-出注口；46-控制槽；47-供应槽；471-第四管路；S11-设置一第一电极及一第二电极于一电解槽的电解液中，该第一电极为一正极，第二电极为一负极，且该第一电极是设在一具有筛网的滚筒内，该筛网设有复数大于经一拆层拨离步骤产生的一石墨烯碎片的穿孔，该电解液是通过该等穿孔进出该滚筒；S12-于该滚筒内置入石墨碎片；S13-施加一第一偏压下，并使该滚筒于该第一偏压下进行滚动，使该石墨碎片进行离子嵌入步骤；S14-于滚筒滚动中续施加一第二偏压，进行该石墨碎片的拆层剥离(exfoliat本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯量产化设备，其特征在于，包括：一电解槽，其内置有电解液及浸设在该电解液中的一第一电极、第二电极；一滚筒装置，包括有一滚筒及设在该滚筒内的复数石墨碎片，该滚筒是浸设在该电解液中且用以容置该第一电极，该滚筒是受一连动机构连动而旋转，该滚筒的筒壁上是设有复数穿孔的筛网，该筛网的网目穿孔是大于石墨烯碎片，该电解液是通过该等穿孔进出该滚筒，该复数石墨碎片是浸设在该电解液中，用以进行嵌入、拆层剥离的电化学步骤而产出石墨烯碎片。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯量产化设备，其特征在于，包括：一电解槽，其内置有电解液及浸设在该电解液中的一第一电极、第二电极；一滚筒装置，包括有一滚筒及设在该滚筒内的复数石墨碎片，该滚筒是浸设在该电解液中且用以容置该第一电极，该滚筒是受一连动机构连动而旋转，该滚筒的筒壁上是设有复数穿孔的筛网，该筛网的网目穿孔是大于石墨烯碎片，该电解液是通过该等穿孔进出该滚筒，该复数石墨碎片是浸设在该电解液中，用以进行嵌入、拆层剥离的电化学步骤而产出石墨烯碎片。2.如权利要求1所述的石墨烯量产化设备，其特征在于，该第一电极为一正极，该第二电极为一负极。3.如权利要求1所述的石墨烯量产化设备，其特征在于，该第二电极是为管状，该第二电极的管状内并有一中空空间，该滚筒装置是设置在该中空空间内。4.如权利要求4所述的石墨烯量产化设备，其特征在于，该石墨碎片是：天然石墨(naturegraphite)、人工合成石墨(syntheticgraphite)、石墨化的碳黑(carbonblack)、石墨化的炉黑(furnaceblack)、介稳相碳微球(mesocarbonmicrobead简写MCMB)或方向性石墨(highlyorientedgraphitesheet，简写HOGS)或以上几种以任意比例的组合。5.如权利要求4所述的石墨烯量产化设备，其特征在于，该石墨烯碎片是单层的石墨烯或2～5层的石墨烯或以上两种以任意比例的组合。6.如权利要求1所述的石墨烯量产化设备，其特征在于，进一步包括有一收取装置，该收取装置是接设在该电解槽的底部。7.如权利要求6所述的石墨烯量产化设备，其特征在于，该收取装置是包括有一管路及收集槽，该管路是连接于该电解槽底部的一电接槽出口，该收集槽是连接该管路，该收集槽底部是设有一具复数穿透细孔的筛网出口，该筛网出口的穿透细孔是小于该拆层后的石墨烯碎片。8.如权利要求7所述的石墨烯量产化设备，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚培智，
申请(专利权)人：姚培智，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71