一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的方法及其装置制造方法及图纸

技术编号:20402770 阅读:19 留言:0更新日期:2019-02-23 01:05
本发明专利技术公开了一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的方法及其装置,装置包括底板、控制器、立杆、横杆、搅拌电机、传动轴、搅拌刀头、超声腔室及搅拌罐;依次向搅拌罐中加入原材料、活化剂和去离子水后将其固定在所述超声腔室内;调节所述横杆在立杆上的位置使所述搅拌刀头位于所述搅拌罐内并与罐内物质接触进行超声波辅助切割,通过控制器控制搅拌电机的转速、超声腔室的超声温度和超声功率,将经过超声波辅助切割得到的混合溶液离心冻干得到二维材料。本发明专利技术通过超声波辅助切割来制备二维材料,能够解决现有的二维材料制备过程中制备工艺复杂及重复性不高的问题,且制备工艺简单、制备过程安全、制备装置结构简单且成本低廉。

A Method and Device for Mass Production of Two-Dimensional Materials by Ultrasound-assisted Cutting

The invention discloses a method and device for realizing mass production of two-dimensional material preparation by ultrasonic assisted cutting, which comprises a bottom plate, a controller, a vertical bar, a horizontal bar, a stirring motor, a transmission shaft, a stirring knife head, an ultrasonic chamber and a stirring tank; raw materials, activators and deionized water are added to the stirring tank in turn, and then fixed in the ultrasonic chamber; and the transverse direction is adjusted. The position of the rod on the pole enables the mixing tool head to be located in the mixing tank and contact with the substance in the tank for ultrasonic assisted cutting. The speed of the mixing motor, the ultrasonic temperature and the ultrasonic power of the ultrasonic chamber are controlled by the controller, and the mixed solution obtained by the ultrasonic assisted cutting is centrifugally lyophilized to obtain two-dimensional materials. The invention can prepare two-dimensional material by ultrasonic assisted cutting, which can solve the problems of complex preparation process and low repeatability in the existing two-dimensional material preparation process, and has simple preparation process, safe preparation process, simple structure of preparation device and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的方法及其装置
本专利技术属于纳米科学
,涉及二维材料制备的量产化,具体涉及一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的方法及其装置。
技术介绍
二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料,如纳米薄膜、超晶格、量子阱等,具有片状结构,横向尺寸大于一百纳米或者高达几微米甚至更大,而厚度仅仅单原子或者几个原子厚。自2004年曼切斯特大学Geim小组成功分离出单原子层的石墨材料后,二维石墨烯材料引起了大量科学工作者的关注,于是他们投入大量的人力物力去探寻其他新型二维材料。石墨烯是单原子层厚的多晶碳膜,具有超高的室温迁移率、量子霍尔效应、超高的比表面积、高的杨氏模量、出色的光学透明度和优异的电、热传导性能,石墨烯成为二维材料领域一个典型的模型并激发了其他类石墨烯二维材料的探索。正如石墨烯一样,大尺寸高质量的其他二维材料不仅对于探索二维极限下新的物理现象和性能非常重要,而且在电子、光电子等领域具有诸多新奇的应用。近年来,除石墨烯外,硫化钼、硫化钨、二维六方氮化硼、过渡族金属硫化物、氧化物、黑磷等二维材料也被制备出来,极大地拓展了二维材料的性能和应用。尽管二维纳米材料展现出诱人的前景,但是制约其发展的瓶颈在于如何能够规模化制备高质量、大片层的层状材料。现有技术中通常采用化学气相沉积和等离子溅射沉积等方法来制备二维材料薄膜,但是此类方法需要使用高温或真空,并且制备过程中将晶片转移到适当目标衬底的过程也会造成二维材料性能的弱化。利用超声波、剪切力或电化学插层等在液相中直接剥离二维材料的方法因其工艺的简单性和通用性使其对许多前瞻性技术有较大的吸引力。但是现有的超声波剥离装置结构复杂、成本高昂且不适用于批量制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,提供一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的方法及其装置,该方法通过超声波辅助切割来制备二维材料,能够解决现有的二维材料制备过程中制备工艺复杂及重复性不高的问题,且制备工艺简单、制备过程安全、制备装置结构简单且成本低廉。本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的装置,包括底板、控制器、立杆、横杆、搅拌电机、传动轴、搅拌刀头、超声腔室及搅拌罐;所述的底板为水平设置的板状结构,所述控制器、立杆及超声腔室均设置在所述底板的顶面上;所述立杆为竖直设置的空心杆状结构,所述控制器位于所述立杆的左侧,所述超声腔室位于所述立杆的右侧;所述横杆为水平设置的空心杆状结构,一端与所述立杆固定连接并能够在所述立杆的任意位置固定,另一端连接有所述的搅拌电机,所述传动轴为竖直设置,顶端与所述搅拌电机连接,底端与所述搅拌刀头连接;所述超声腔室设置为敞口状,其底部和四周的侧壁内均安装有超声发生器;所述的搅拌罐用于盛放二维材料,设置在所述超声腔室内并与所述超声腔室的内底面可拆卸连接;所述搅拌电机和超声腔室均与所述控制器电连接。在上述技术方案中,所述立杆靠近所述控制器的一端的管壁上开设有第一进线孔,靠近所述横杆的一端的管壁上开设有第一出线孔;所述横杆靠近所述立杆的一端的管壁上开设有第二进线孔,靠近所述搅拌电机的一端的管壁上开设有第二出线孔;自所述控制器引出的线束通过第一进线孔进入立杆内,经由第一出线孔穿出,然后通过第二进线孔进入横杆内,再经由第二出线孔穿出与所述搅拌电机连接。在上述技术方案中,所述横杆通过紧固螺栓或者销钉固定在所述立杆上。在上述技术方案中,所述搅拌罐的横截面形状为圆形或者方形。在上述技术方案中,所述搅拌罐的底面设置有向下突出的定位凸起,所述超声腔室的内底面设置有与所述定位凸起相匹配的定位槽。在上述技术方案中,所述定位槽的形状为圆柱形或者长方体形。在上述技术方案中,所述圆柱形的定位槽的内壁上设置有内螺纹,所述定位凸起的外壁上设置有与所述内螺纹相匹配的外螺纹。在上述技术方案中,所述超声腔室的外壁上设置有控制面板。一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的方法,按照以下步骤实施:步骤1,依次向搅拌罐中加入原材料、活化剂和去离子水后将其固定在所述超声腔室内;步骤2,调节所述横杆在立杆上的位置使所述搅拌刀头位于所述搅拌罐内并与罐内物质接触进行超声波辅助切割,通过控制器控制搅拌电机的转速、超声腔室的超声温度和超声功率,将经过超声波辅助切割得到的混合溶液离心冻干得到二维材料。在上述技术方案中,步骤1中所述原材料的质量为4-8g,活化剂的体积为0.5-1ml,去离子水的体积为400-800ml。在上述技术方案中,步骤2中搅拌电机的转速为5000-9000转/分,超声温度为10-50℃,超声功率为50-90W,冻干时间为20-25h。在上述技术方案中,所述超声波辅助切割的切割过程为间隔式切割,切割8-12min,暂停5-10min,往复循环20-30次。与现有技术相比,本专利技术的优点和有益效果为:本专利技术的一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的方法及其装置,该方法通过超声波辅助切割来制备二维材料,能够解决现有的二维材料制备过程中制备工艺复杂及重复性不高的问题,且制备工艺简单、制备过程安全、制备装置结构简单且成本低廉。附图说明图1是本专利技术的一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的装置的结构示意图。图2是未经切割的原材料的扫描电镜照片。图3是循环切割12次后的原材料的扫描电镜照片。图4是循环切割24次后的二维材料的扫描电镜照片。其中:1:超声腔室,2:搅拌刀头,3:搅拌罐,4:定位槽,5:控制器,6:第一进线孔,7:立杆,8:第一出线孔,9:第二进线孔,10:紧固螺栓,11:横杆,12:第二出线孔,13:线束,14:搅拌电机,15:控制面板,16:底板,17:传动轴。对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式下面结合附图与具体的实施例对本专利技术作进一步详细描述。需要说明的是:下述实施例是说明性的,不是限定性的,不能以下述实施例来限定本专利技术的保护范围。下列实施例中本专利技术的原材料为石墨、二硫化钼或者二硫化钨,冻干使用的冷冻干燥机型号为SCIENTZ-12N。实施例一一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的装置,包括底板16、控制器5、立杆7、横杆11、搅拌电机14、传动轴17、搅拌刀头2、超声腔室1及搅拌罐3,所述搅拌电机14和超声腔室1均与所述控制器5电连接,在超声腔室1的外壁上设置有控制面板15。所述的底板16为水平设置的板状结构,所述控制器5、立杆7及超声腔室1均设置在所述底板16的顶面上;所述立杆7为竖直设置的空心杆状结构,所述控制器5位于所述立杆7的左侧,所述超声腔室1位于所述立杆7的右侧;所述横杆11为水平设置的空心杆状结构,一端与所述立杆7固定连接并能够在所述立杆7的任意位置固定,另一端连接有所述的搅拌电机14,所述传动轴17为竖直设置,顶端与所述搅拌电机14连接,底端与所述搅拌刀头2连接;所述超声腔室1设置为敞口状,其底部和四周的侧壁内均安装有超声发生器;所述的搅拌罐3用于盛放二维材料,设置在所述超声腔室1内并与所述超声腔室1的内底面可拆卸连接。利用所述的装置实现量产化本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的装置,其特征在于:包括底板、控制器、立杆、横杆、搅拌电机、传动轴、搅拌刀头、超声腔室及搅拌罐;所述的底板为水平设置的板状结构,所述控制器、立杆及超声腔室均设置在所述底板的顶面上;所述立杆为竖直设置的空心杆状结构,所述控制器位于所述立杆的左侧,所述超声腔室位于所述立杆的右侧;所述横杆为水平设置的空心杆状结构,一端与所述立杆固定连接并能够在所述立杆的任意位置固定,另一端连接有所述的搅拌电机,所述传动轴为竖直设置,顶端与所述搅拌电机连接,底端与所述搅拌刀头连接;所述超声腔室设置为敞口状,其底部和四周的侧壁内均安装有超声发生器;所述的搅拌罐用于盛放二维材料,设置在所述超声腔室内并与所述超声腔室的内底面可拆卸连接;所述超声腔室的外壁上设置有控制面板;所述搅拌电机和超声腔室均与所述控制器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的装置,其特征在于:包括底板、控制器、立杆、横杆、搅拌电机、传动轴、搅拌刀头、超声腔室及搅拌罐;所述的底板为水平设置的板状结构,所述控制器、立杆及超声腔室均设置在所述底板的顶面上;所述立杆为竖直设置的空心杆状结构,所述控制器位于所述立杆的左侧,所述超声腔室位于所述立杆的右侧;所述横杆为水平设置的空心杆状结构,一端与所述立杆固定连接并能够在所述立杆的任意位置固定,另一端连接有所述的搅拌电机,所述传动轴为竖直设置,顶端与所述搅拌电机连接,底端与所述搅拌刀头连接;所述超声腔室设置为敞口状,其底部和四周的侧壁内均安装有超声发生器;所述的搅拌罐用于盛放二维材料,设置在所述超声腔室内并与所述超声腔室的内底面可拆卸连接;所述超声腔室的外壁上设置有控制面板;所述搅拌电机和超声腔室均与所述控制器电连接。2.根据权利要求1所述的采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的装置,其特征在于:所述立杆靠近所述控制器的一端的管壁上开设有第一进线孔,靠近所述横杆的一端的管壁上开设有第一出线孔;所述横杆靠近所述立杆的一端的管壁上开设有第二进线孔,靠近所述搅拌电机的一端的管壁上开设有第二出线孔;自所述控制器引出的线束通过第一进线孔进入立杆内,经由第一出线孔穿出,然后通过第二进线孔进入横杆内,再经由第二出线孔穿出与所述搅拌电机连接。3.根据权利要求1-2任一项所述的采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的装置,其特征在于:所述横杆通过紧固螺栓或者销钉固定在所述立杆上。4.根据权利要求3所述的采用超声波辅助切割实现二维材料制备量产化的装置,其特征在于:所述搅拌罐的底面设置有向下突出的定位凸起,所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨正春谢立强张楷亮潘鹏张洪浩赵心昊魏军
申请(专利权)人:天津理工大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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