石墨烯的制作设备及制作方法技术

一种石墨烯的制作设备，用于将石墨原料制作为石墨烯，包含一槽体、一多孔性容器、一搅动装置、一电极结构及一供电装置。槽体供容装电解液。多孔性容器设置于槽体，供石墨原料容装其中，并于其器壁形成多个供电解液内外流通的通孔。搅动装置包括一主体及一受控于主体的搅动机构，搅动机构具导电性，并浸入多孔性容器中的电解液，使电解液产生扰动。电极结构具导电性，其与搅动机构相互间隔，并浸入电解液中。供电装置提供电力于搅动机构与电极结构，使搅动机构与电极结构之间形成电位差。透过以电化学反应及机械剥离两种机制进行石墨烯的制作，能有效制作出高质量及高产量的石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯的制作设备及制作方法
本专利技术涉及一种石墨烯的制作设备及制作方法，特别是指一种具有高产率的石墨烯的制作设备及制作方法。
技术介绍
石墨烯(graphene)是仅有单层或数层碳原子层厚度的石墨材料，具有良好的导电性、导热性及透光性，并于x-y平面具有良好的机械强度，是目前最受瞩目的纳米级材料之一。现有石墨烯的制作方式可概分为固相法(solidphasemethod)及液相法(liquidphasemethod)两种。在液相法中，较常见的有化学剥离法(chemicalexfoliation)、氧化石墨化学剥离法(graphiteoxidechemicalexfoliation)及电化学剥离法(electrochemicalexfoliation)。其中，电化学剥离法是将石墨原料置放于具有正负离子的电解液中，通过外加电场驱使电解液的离子穿透至石墨材原料的片状结构之中形成插层(intercalation)，以提供后续进行剥离。然而，目前的电化学剥离法，其产率仅有5％至8％，具有相当大的改善空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可增进产率的石墨烯的制作设备。本专利技术石墨烯的制作设备，用于将石墨原料制作为石墨烯，包含一槽体、一多孔性容器、一搅动装置、一电极结构及一供电装置。槽体供容装一电解液。多孔性容器设置于槽体，供石墨原料容装其中，并于其器壁形成多个供电解液内外流通的通孔。搅动装置包括一主体及一受控于主体的搅动机构，搅动机构具导电性，并浸入多孔性容器中的电解液，使电解液产生扰动。电极结构具导电性，其与搅动机构相互间隔，并浸入电解液中。供电装置提供电力于搅动机构与电极结构，使搅动机构与电极结构之间形成电位差。较佳地，该电解液的成分包含界面活性剂。较佳地，该多孔性容器的所述通孔的孔径不大于5微米。较佳地，该搅动装置的该主体为一离心均质机，可控制该搅动机构进行转动；该搅动机构具有一轴杆及多个设置于该轴杆的叶片。本专利技术的另一目的，即在提供一种石墨烯的制作方法。本专利技术石墨烯的制作方法，包含以下步骤：步骤(A)提供一如前述的制作设备；步骤(B)令该供电装置控制该搅动机构与该电极结构之间形成一第一电位差，并令该搅动装置的该主体控制该搅动机构在一第一转速下转动；及步骤(C)令该搅动装置的该主体控制该搅动机构在一第二转速下转动。较佳地，于步骤(B)该搅动机构处于高电位，该电极结构处于低电位。较佳地，于步骤(B)该搅动机构处于低电位，该电极结构处于高电位。较佳地，于步骤(C)还令该供电装置控制该搅动机构与该电极结构之间形成一第二电位差。较佳地，于步骤(C)该搅动机构处于高电位，该电极结构处于低电位。较佳地，于步骤(C)该搅动机构处于低电位，该电极结构处于高电位。较佳地，该第二转速大于该第一转速。本专利技术的再一目的，在提供另一种石墨烯的制作方法，该制作方法包含以下步骤：步骤(A)提供如前述的制作设备；步骤(B)令该供电装置控制该搅动机构与该电极结构之间形成一电位差；步骤(C)令该搅动装置的该主体控制该搅动机构运作。本专利技术的有益效果在于：透过可通电及可对电解液进行搅动的搅动机构的设置，并配合收容石墨原料的多孔性容器的使用，本专利技术的制作设备及制作方法以电化学反应及机械剥离两种机制进行石墨烯的制作，能有效制作出高质量及高产量的石墨烯。附图说明图1是一示意图，说明本专利技术石墨烯的制作设备的一实施例；图2是一流程图，说明本专利技术石墨烯的制作方法的执行步骤。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明。在本专利技术被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。第一实施例：参阅图1，为本专利技术石墨烯的制作设备100的实施例，该石墨烯的制作设备100是结合电化学剥离(electrochemicalexfoliation)机制与机械剥离(mechanicalexfoliation)机制，将石墨粉末、石墨块、氧化石墨(graphiteoxide)、氧化石墨烯(grapheneoxide)等石墨原料101(图中以矩形方块表示)加工为石墨烯102(图中以粗黑线段表示)。本实施例中，石墨烯的制作设备100包含一槽体1、一多孔性容器2、一搅动装置3、一电极结构4及一供电装置5。槽体1通过耐酸碱、抗有机的材质制作，以供电解液11容装其中。在本实施例，电解液11具体为硫酸、硫酸铜等含硫成分的溶液，酸碱值控制为介于2.0至5.0之间，温度控制为介于10℃至30℃之间，并能够通过各式界面活性剂(surfactant)的添加增进电解液11的湿润性(wettability)，以利于石墨烯102的制作过程进行。然而，在不同的实施态样中，上述关于电解液11的成分、酸碱值、温度等制作条件，均能够视实际需要而调整，不以此处公开的内容为限。多孔性容器2设置于槽体1，能够提供石墨原料101及已加工制得的石墨烯102容装其中，并于其器壁形成多个供电解液11内外流通的通孔21，是石墨原料101历经电化学剥离处理及机械剥离处理的反应所在处。本实施例中，多孔性容器2的通孔21的孔径尺寸不大于5微米，如此的尺寸能够确保电解液11在持续流动状态下，石墨原料101与石墨烯102仍被局限在多孔性容器2中，使得石墨原料101的加工过程能够反复持续进行，如此的设计不仅能提升制作效率，也能有效提升石墨烯102的最终产率。搅动装置3包括一主体31及一受控于主体31的搅动机构32，该搅动机构32具导电性并浸入多孔性容器2中的电解液11，能作为电化学反应过程中的其中一电极。此外，搅动机构32还能够在主体31的控制之下，让电解液11产生扰动，由电解液11扰动时产生的作用力促使石墨原料101剥离为石墨烯102。举例而言，本实施例中搅动装置3的主体31能够采用一离心均质机(clarifixator)，借以控制搅动机构32进行转动。搅动机构32则具有一轴杆321及多个设置于该轴杆321的末端的叶片322，能够在其转动下让被搅动的电解液11产生剪切力，以作为对石墨原料101进行机械剥离的驱动力。然而，要说明的是，本实施例关于搅动装置3的具体实施方式当能视需要而对应调整，不以此处公开的内容为限。电极结构4以铂等具导电性的材质制作，其与搅动机构32相互间隔，并浸入电解液11中，在与供电装置5形成电连接后，能够与搅动机构32配合，由两者之间的电位差，提供作为电化学反应的两个电极使用。参阅图1、图2，以下说明本专利技术通过上述制作设备100进行石墨烯102的生产制作的执行步骤。本实施例的制作方法中，搅动机构32是处于低电位，电极结构4则处于高电位。也就是说，在电化学反应中，搅动机构32处是产生还原反应，电极结构4处是产生氧化反应。然而，在后续的第二实施例中，会以搅动机构32处于高电位，且电极结构4处于低电位的状态说明石墨烯102的制造方法。步骤S01：本步骤需先提供一如前述说明的制作设备100，但在此步骤中搅动装置3、供电装置5还未开始运作，也就是说电解液11处于未通电、未被搅动的状态，因此容装在多孔性容器2中的石墨原料101还未产生反应。步骤S02：本步骤令搅动装置3、供电装置5开始运作，因此搅动装置3会控制搅动机构32以不大于3000RPM(roundperminute，每分钟转速)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯的制作设备，用于将一石墨原料制作为石墨烯，其特征在于，该制作设备包含：一槽体，供容装一电解液；一多孔性容器，设置于该槽体，供该石墨原料容装其中，并于其器壁形成多个供该电解液内外流通的通孔；一搅动装置，包括一主体及一受控于该主体的搅动机构，该搅动机构具导电性，并浸入该多孔性容器中的该电解液，使该电解液产生扰动；一电极结构，具导电性，与该搅动机构相互间隔，并浸入该电解液中；及一供电装置，提供电力于该搅动机构与该电极结构，使该搅动机构与该电极结构之间形成电位差。

【技术特征摘要】
2014.12.25 TW 1031454961.一种石墨烯的制作设备，用于将一粉末状的石墨原料制作为石墨烯，其特征在于，该制作设备包含：一槽体，供容装一电解液；一多孔性容器，设置于该槽体，供该石墨原料容装其中，并于其器壁形成多个供该电解液内外流通的通孔，所述通孔的孔径小于该石墨原料及该石墨烯；一搅动装置，包括一主体及一受控于该主体的搅动机构，该搅动机构具导电性，并浸入该多孔性容器中的该电解液，使该电解液产生扰动；一电极结构，具导电性，与该搅动机构相互间隔，并浸入该电解液中；及一供电装置，提供电力于该搅动机构与该电极结构，使该搅动机构与该电极结构之间形成电位差。2.根据权利要求1所述的石墨烯的制作设备，其特征在于：该电解液的成分包含界面活性剂。3.根据权利要求1所述的石墨烯的制作设备，其特征在于：该多孔性容器的所述通孔的孔径不大于5微米。4.根据权利要求1所述的石墨烯的制作设备，其特征在于：该搅动装置的该主体为一离心均质机，可控制该搅动机构进行转动；该搅动机构具有一轴杆及多个设置于该轴杆的叶片。5.一种石墨烯的制作方法，其特征在于包含以下步骤：步骤(A)提供一如权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨啓荣，张淑芳，邓敦平，陈昱廷，陈姿颖，张圣章，黄孟宏，
申请(专利权)人：杨啓荣，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71