本发明专利技术公开了一种回旋式石墨烯剥离装置。它包括回转筒体，回转筒体上方设置有顶罩，回转筒体下方设置有底罩，顶罩顶部设置有进料口，底罩底部设置有出料口，进料口与回转筒体内部相连通；回转筒体的外侧设置有第一电机，用于驱动回转筒体水平旋转；回转筒体内还设置有内筒，回转筒体的下方设置有用于驱动内筒以与回转筒体旋转方向相反的方向水平旋转的第二电机；内筒的上部以一定锥角收缩，与回转筒体上部之间留有储料空间；内筒的下部与回转筒体的下部间隙配合，用于研磨石墨片，且内筒下部与回转筒体下部之间的间隙沿回转筒体的轴向向下依次递减。石墨烯剥离装置可以实现石墨烯的成功剥离。本发明专利技术还涉及一种含有该回旋式石墨烯剥离装置的石墨烯生产系统及石墨烯生产方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯生产
，具体涉及一种用于将回旋式石墨烯剥离装置及石墨烯生产系统，还涉及一种石墨烯的生产方法。
技术介绍
石墨烯是一种片状二维材料，其中的碳原子以sp2杂化轨道组成六角蜂巢晶格结构。这种特殊的二维结构导致石墨烯呈现出各种特殊的性能，如高强度、高硬度、高导热性和导电性；由于这些结构特点和性能特点，石墨烯被誉为用来制造保护涂层、透明可弯折电子元件、超大容量电容器等最有希望的潜在材料。需要补充的是，严格意义上说，石墨烯是一种单层的片状；不过由于单层石墨烯的制备难度，一般也把具有相近性能的寡层石墨烯也归类于石墨烯的范畴内。 目前，石墨烯制备的方法主要有：化学生长法和物理剥离法。相比于效率低、不适合于工业化批量生产的化学生长法，物理剥离法主要是采用低廉的石墨为原料，通过对石墨晶体施加机械力使石墨层间发生剥离，打破石墨层间的范德华力，形成单片石墨烯或寡层石墨烯，这种物理剥离方法更具有工业化前景和适合规模化生产。 为了使石墨层间发生剥离，物理剥离法中常用的剥离手段有常规研磨、球磨、搅拌球磨等。 其中，常规研磨是指将石墨在臼式研磨仪中研磨，其缺点是：首先，剪切力来源压力造成的摩擦力，而压力过大会导致电机难以带动杵体转动，限制了剪切力，压力过小难以剪切剥离；其次，剪切效率低，增加受压粉体量反而会导致部分粉体剪切力不足；再次，杵体对石墨施加压力不均，容易产生过磨，杵体对石墨施加压力会使石墨烯产生结构缺陷，甚至会使剥离后石墨烯粉碎，使得制得的产品边缘多有“毛刺”，且晶体尺寸小。 球磨是指在球磨机中借助磨球对石墨粉体研磨，这种方法克服了常规粉体研磨受压不均、局部施加压力大的缺点，但是在球磨过程中磨球会对粉体提供冲击和剪切两种类型的作用力，磨球不仅贴着球磨罐的内壁对石墨施加剪切作用，而且磨球会来回撞击球磨罐的内壁，对剥离的石墨烯产生巨大的冲击力；如常规研磨方式中的压力一样，来自于磨球的这种冲击力也会使石墨烯产生结构缺陷，降低剥离后石墨烯的尺寸，使得制得的产品边缘多有“毛刺”，且晶体尺寸小。 搅拌球墨是一种搅拌与球墨相结合的机械磨方式，搅拌器在腔体内带动磨球碰撞摩擦，对粉体进行研磨；其磨球的冲击作用较球磨方式温和，但是由于磨球的存在，还是不免对剥离的石墨烯产生冲击力，使石墨烯产生结构缺陷，降低剥离后石墨烯的尺寸，使得制得的产品边缘多有“毛刺”，且晶体尺寸小。 除了上述纯物理剥离法之外，还有一些通过搅拌石墨粉末分散液并用外在媒介辅助剥离得到石墨烯的方法；这些外在媒介譬如有公开号为CN102765717A的中国专利中公开的通过超临界在瞬间释放的压力使石墨层间发生膨胀、以及公开号为CN103910354A的中国专利中公开的超声波作用等等。但是超临界和超声波产生的冲击力虽为石墨的层间剥离提供驱动力，但冲击力的无定向性也会使石墨烯产生爆破，从而降低制得的石墨烯尺寸。 由此可见，现有的物理剥离方法的普遍缺点是得到的石墨烯通常尺寸都比较小，并且可控性差。这将极大地阻碍石墨烯在实际器件中的应用。 在研究过程中，专利技术人发现，现有石墨烯剥离装置剥离得到的石墨烯尺寸小的主要原因在于石墨是在未定向的方向被剪切，其中在石墨层以非平行于所述剪切面的方式被剪切时，导致的结果倾向于石墨不是被剪切而剥离出石墨烯，而是石墨或石墨烯被粉碎成更小的尺寸。此外，石墨烯碎裂的原因还在于石墨烯在剥离过程中受高速研磨，转速达到2000rpm/min甚至是12000rpm/min，高速运转产生高温高热会使石墨烯氧化，石墨烯产生缺陷，甚至碎裂，进而影响剥离的石墨烯的品质。从这两点出发，专利技术人进行石墨烯剥离装置和生产系统精心的设计，并研究了石墨烯的生产工艺。
技术实现思路
针对石墨烯物理剥离方法得到的石墨烯尺寸小、边缘多有“毛刺”、结构缺陷多、且方法难以工业化的缺点，本专利技术的目的在于设计一种适合工业化生产的、可以在不破坏石墨片层自然结构的基础上得到大面积无缺陷石墨烯的剥离装置。 本专利技术的第二个目的还在于，提供一种适合工业化生产高品质石墨烯的生产系统。本专利技术的第三目的还在于，提供一种可工业化生产高品质石墨烯的方法。 为实现上述第一目的，本专利技术通过以下技术方案来实现的：一种回旋式石墨烯剥离装置，其包括回转筒体，回转筒体上方设置有顶罩，回转筒体下方设置有底罩，顶罩顶部设置有进料口，底罩底部设置有出料口，进料口与回转筒体内部相连通；回转筒体的外侧设置有第一电机，用于驱动回转筒体水平旋转；回转筒体内还设置有内筒，回转筒体的下方设置有用于驱动内筒以与回转筒体旋转方向相反的方向水平旋转的第二电机；内筒的上部以一定锥角收缩，与回转筒体上部之间留有储料空间；内筒的下部与回转筒体的下部间隙配合，用于研磨石墨片，且内筒下部与回转筒体下部之间的间隙沿回转筒体的轴向向下依次递减。 与现有的石墨烯剥离装置相比，本专利技术回旋式石墨烯剥离装置利用了内筒和回转筒体之间的旋转实现对石墨片的剪切，内筒的上部以一定锥角收缩，不仅提供了储料空间，且物料可沿着内筒上部的锥面下滑，从而使石墨片层以近似平行内筒的筒壁的方式经过内筒和回转筒体之间而被研磨、剪切，从而使石墨烯被剥离出，降低了石墨或石墨烯被粉碎的几率。 优选地，所述内筒为梭形，所述回转筒体为锥角朝下的圆台形。 考虑到研磨过程，石墨烯逐渐剥离会造成悬浮液体积膨胀；如果扩大内筒下部处内筒与回转筒体之间的间隙为膨胀的悬浮液提供容积，会影响研磨效果。为此优选地，所述内筒的下部为锥角朝上的圆台，内筒的上部呈锥形；所述回转筒体为锥角朝上的圆台形。或者优选地，所述内筒为锥角朝上的锥形；所述回转筒体的中下部为圆台形，回转筒体的上部为圆柱形。设计锥角朝上的圆台结构的回转筒体和与之相适应的内筒下部，增加了内筒和回转筒体之间的单位高度上可容纳悬浮液的容积，从而改善了剥离效果，和提高了散热效果。特别是内筒为锥角朝上的锥形，可使实现石墨片顺流而下，更好地实现平行剪切。 为了减少剥离产生的石墨烯缺陷，优选地，所述回转筒体外侧和/或所述内筒内侧设有冷却机构。冷却机构为回旋式石墨烯剥离装置提供散热，避免石墨烯会被高速高温氧化破坏,从而更好地保持了石墨自然平面尺寸大小。 为了提高剥离效果，优选地，所述内筒下部的底端分布有毛刷。且毛刷强而韧，毛刷头保证对石墨片层的充分研磨，并且降低了内筒和回转筒体之间配合度要求，使内筒和回转筒体更易于加工；且毛刷之间的间隙容许体积膨胀后的石墨悬浮液经过，为了研磨过程石墨悬浮液的膨胀提供了条件，且不影响研磨效果。 为了进一步提高剥离效果，减少研磨过程对片状石墨烯结构的破坏，优选地，所述毛刷的尖部设有与所述回旋筒体内壁相适应的弧形板。或者优选地，所述毛刷为球头毛刷。特别是设计球头毛刷结构，其光滑表面可以大大降低毛刷对片状石墨烯结构的破坏。 为实现上述第二目的，本专利技术通过以下技术方案来实现的：一种石墨烯生产系统，除了上述的回旋式石墨烯剥离装置，该石墨烯生产系统沿工艺顺序还依次包括用于收集和静置回旋式石墨烯剥离装置处理后排出产物的储料罐、用于将储料罐内上层悬本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种回旋式石墨烯剥离装置，其特征在于，包括回转筒体，回转筒体上方设置有顶罩，回转筒体下方设置有底罩，顶罩顶部设置有进料口，底罩底部设置有出料口，进料口与回转筒体内部相连通；回转筒体的外侧设置有第一电机，用于驱动回转筒体水平旋转；回转筒体内还设置有内筒，回转筒体的下方设置有用于驱动内筒以与回转筒体旋转方向相反的方向水平旋转的第二电机；内筒的上部以一定锥角收缩，与回转筒体上部之间留有储料空间；内筒的下部与回转筒体的下部间隙配合，用于研磨石墨片，且内筒下部与回转筒体下部之间的间隙沿回转筒体的轴向向下依次递减。
【技术特征摘要】
1.一种回旋式石墨烯剥离装置，其特征在于，包括回转筒体，回转筒体上方设置有顶罩，回转筒体下方设置有底罩，顶罩顶部设置有进料口，底罩底部设置有出料口，进料口与回转筒体内部相连通；回转筒体的外侧设置有第一电机，用于驱动回转筒体水平旋转；回转筒体内还设置有内筒，回转筒体的下方设置有用于驱动内筒以与回转筒体旋转方向相反的方向水平旋转的第二电机；内筒的上部以一定锥角收缩，与回转筒体上部之间留有储料空间；内筒的下部与回转筒体的下部间隙配合，用于研磨石墨片，且内筒下部与回转筒体下部之间的间隙沿回转筒体的轴向向下依次递减。
2.如权利要求1所述的回旋式石墨烯剥离装置，其特征在于，所述内筒为梭形，所述回转筒体为锥角朝下的圆台形。
3.如权利要求1所述的回旋式石墨烯剥离装置，其特征在于，所述内筒的下部为锥角朝上的圆台，内筒的上部呈锥形；所述回转筒体为锥角朝上的圆台形。
4.如权利要求1所述的回旋式石墨烯剥离装置，其特征在于，所述内筒为锥角朝上的锥形；所述回转筒体的中下部为圆台形，回转筒体的上部为圆柱形。
5.如权利要求1至4任意一项所述的回旋式石墨烯剥离装置，其特征在于，所述回转筒体外侧和/或所述内筒内侧设有冷却机构。
6.如权利要求1至4任意一项所述的回旋式石墨烯剥离装置，其特征在于，所述内筒下部的底端分布有毛刷。
7.如权利要求6所述的回旋式石墨烯剥离装置，其特征在于，所述毛刷的尖...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴加龙，
申请(专利权)人：江阴碳谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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