大面积石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大面积石墨烯的制备方法，包括以下步骤：提供一铁矿材料至一高温炉；利用一还原剂将该铁矿材料还原为一高温铁水以及一含有石墨片的产物；将该高温铁水加入一炼钢炉而得到一钢材料；将该产物通过一过滤设备，使该产物中的该石墨片自该产物分离；利用一加压流体提供一剪切力施加于该石墨片，令该石墨片分散为复数大面积石墨烯，该大面积石墨烯的层数小于20且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La系为一由拉曼光谱所获得的值。据此，将制钢设备的废弃熔渣产出为具有高经济价值的石墨烯，不仅降低废弃熔渣带来的环境污染也可降低石墨烯的原料成本。

【技术实现步骤摘要】
大面积石墨烯的制备方法
本专利技术涉及一种大面积石墨烯的制备方法，尤指一种可有效将制钢设备的废弃熔渣产出为具有高经济价值的石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯为一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型蜂巢状晶格的平面薄膜，为目前世界上最薄也是最坚硬的奈米材料。由于石墨烯的电阻率低，且几乎是透明的，被期待用于发展更薄、导电速度更快的电子元件以应用在诸如半导体、面板、或是电池等领域中。即使有许多期待，国际大厂也已竞相投入石墨烯研究并积极布局，但现阶段石墨烯技术还未能被大量应用，显见目前还有许多技术上问题存在：无论是在石墨烯本身、或在配方上进行改良，以令石墨烯应用于复合材料时有更佳的效果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的，系将制钢设备的废弃熔渣产出为具有高经济价值的石墨烯，以解决习知制钢设备的熔渣的回收或再利用方法无法产出高经济价值产品的问题。为了达成上述目的，本专利技术提供一种大面积石墨烯的制备方法，包括以下步骤：提供一铁矿材料至一高温炉；利用一还原剂将该铁矿材料还原为一高温铁水以及一含有石墨片的产物；将该高温铁水加入一炼钢炉而得到一钢材料；将该产物通过一过滤设备，使该产物中的该石墨片自该产物分离；利用一加压流体提供一剪切力施加于该石墨片，令该石墨片分散为复数大面积石墨烯，该大面积石墨烯的层数小于20且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La系为一由拉曼光谱所获得的值。本专利技术的主要功效在于：(1)将用于产生该高温液态铁水的该高炉所产生该副产物的该石墨片进行回收再利用，以作为制造该石墨烯薄片的原料，且将两者设备进行整合，不仅可使该高炉所产生该副产物中的该石墨片可以获得利用。(2)由于该石墨烯薄片的原料为该高炉所产生该副产物，故原料成本得以获得下降。(3)该副产物能被再利用而不至于导致浪费与环境污染外，更可提升其经济价值。附图说明图1为本专利技术用于制造大面积石墨烯的设备示意图；其中，10、制钢设备；20、过滤设备；21、连通管；29、液体；31、加压器；32、进料口；33、管体；34、出料口；35、大面积石墨烯；40、石墨片。具体实施方式于下文中，将搭配图式详细说明本专利技术。图1系本专利技术一实施例的系统示意图，该制造石墨烯薄片的系统包括有一制钢设备10、一与该制钢设备10连接的过滤设备20以及一与该过滤设备20连接的循环装置。该制钢设备10可包括一习知高炉以及一习知炼钢炉(图中未示出)，该高炉可利用一还原性物质还原一铁矿石而得到一为高温液态铁水的主产物以及一含石墨片40的副产物(于本实施例中，该石墨片可为一石墨亮片)，而该炼钢炉自该高炉取得该高温液态铁水后经由一精炼制程而得到钢。于本实施例中，该制钢设备10可进一步包括一鱼雷车，以运送该高温液态铁水至该炼钢炉，然本专利技术对此并无特别限制，视需求还可进一步包括其他习知用于制钢的装置设备。且在本实施例中，该还原性物质可为焦煤，而该精炼制程系指利用一转炉进行脱硫脱碳的步骤，该高炉以及该炼钢炉的操作流程已为成熟技艺，在此不另行赘述。该过滤设备20则包括一将该制钢设备10产生的该副产物过滤以输出该石墨片40的连通管21，而该循环装置包括一将一液体29导入的加压器31、与该加压器31连通的进料管32、一与该进料口32连通的管体33以及一与该管体33连接的出料口34，该加压器31、该进料口32与该出料口34之间形成一供该液体29流动的流道。该连通管21连接于该加压器31，以让该石墨片40得输入至该流道内而受该液体29提供的一剪切力作用，使该石墨片40分散为复数大面积石墨烯35，该液体29的该剪切力的作用方向与该石墨片40的移动方向相反，且该大面积石墨烯35的层数小于20且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径(该La系为一由拉曼光谱所获得的值)，于本专利技术中，所得到的该大面积石墨烯35具有一单层或多层结构，更具体地，该大面积石墨烯35的层数介于1至5层之间。于本实施例中，该出料口34连接回该加压器31，以达到循环流动的功能。本专利技术中可使用各种可提供该液体29的一压力以产生该剪切力的装置，例如加压马达，本专利技术并不特别限制，只要能够提供所需的该压力即可。本专利技术尚提供一种利用制钢设备所产生的石墨副产物制造石墨烯薄片的方法，此实施例系以前述的该制造石墨烯薄片的系统举例说明，该方法包括以下步骤：S1：提供一铁矿材料至一高温炉；S2：利用一还原剂将该铁矿材料还原为一高温铁水以及一含有石墨片的产物；S3：将该高温铁水加入一炼钢炉而得到一钢材料；S4：将该产物通过一过滤设备，使该产物中的该石墨片自该产物分离；S5：利用一加压流体提供一剪切力施加于该石墨片，令该石墨片分散为复数大面积石墨烯，该大面积石墨烯35的层数小于20且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La系为一由拉曼光谱所获得的值。于此实施例中，该大面积石墨烯35的结构可介于1层至5层之间，且该剪切力的作用力系大于该石墨烯薄片间的结合力，该液体29可以为水、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、界面活性剂、盐类或其组合。此实施例中，该石墨片40较佳地形成一弯折角度，使该剪切力施加于该石墨片40的侧面以分散为该石墨烯，且该石墨片40的该弯折角度较佳地介于30°至150°之间。本实施例中，该加压流体中的该石墨片40于循环系统中的循环次数并无特别限制，只要所制造的该大面积石墨烯35的结构可达到所需层数即可。举例而言，该循环次数可视情况进行1次至900次，较佳为50次至500次，更佳为100次至200次。本实施例中，该石墨片40于该循环系统的剪切力举例可为1MPa至500MPa，较佳为10MPa至500MPa，更佳为50MPa至200MPa。据此，于本专利技术的一实施例中，当含有高度石墨化石墨烯的液体于该循环系统的循环次数为200次，由循环系统所产生作用于该高度石墨化石墨烯的剪切力可为200MPa，以达到最佳化分散效果，然本专利技术对此并无特别限制。在本文中，“剪切力”一词意指，巨观而言平行于石墨烯平面的作用力。此外，为了避免该石墨片40分散的该大面积石墨烯35因热力学作用而发生「软凝聚现象」，本实施例中，含有该石墨片40的液体于整个制备过程的温度可为25℃至100℃、较佳可为20℃至50℃，从而避免已分散的该石墨烯薄片再度凝聚，且任何习知控制液体温度的方法皆可应用于本实施例而无特别限制。于本实施例中并不特别限制该液体内该石墨片40的浓度，只要该高度石墨化石墨片40可于液体中藉由液体作用力有效地分散为该大面积石墨烯35即可。举例来说，该石墨片相对于该加压流体占有介于0.5wt.％至50wt.％之间的重量百分比。于本实施例中，为了更有效地利用剪切力将该加压流体中的高度石墨化石墨片40分散为大面积石墨烯35，可先将该高度石墨化石墨烯进行一前处理，藉此前处理使高度石墨化石墨烯膨胀化，增加其石墨烯的平面间距(d(0002))，如此一来将可使该高度石墨化石墨烯更容易分散为该大面积石墨烯35。详言之，只要不破坏石墨烯薄片的六角网状平面结构，任何前处理方法皆可使用，本专利技术并不特别限制，譬如，爆炸法、化学拆层法、超音波震荡、球磨法、或上述方法的任意组合。综上所述，本专利技术主要将该高炉所产生该副产物中的该石墨片进行回收再利用，以作为制造该石墨烯薄片的原料，且将两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大面积石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一铁矿材料至一高温炉；利用一还原剂将该铁矿材料还原为一高温铁水以及一含有石墨片的产物；将该高温铁水加入一炼钢炉而得到一钢材料；利用一纯化技术将该产物纯化为一石墨分散液；利用一加压流体提供一剪切力施加于该石墨分散液，令该石墨分散液的石墨片分散为复数大面积石墨烯，该大面积石墨烯的层数小于20且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La系为一由拉曼光谱所获得的值。

【技术特征摘要】
1.一种大面积石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一铁矿材料至一高温炉；利用一还原剂将该铁矿材料还原为一高温铁水以及一含有石墨片的产物；将该高温铁水加入一炼钢炉而得到一钢材料；利用一纯化技术将该产物纯化为一石墨分散液；利用一加压流体提供一剪切力施加于该石墨分散液，令该石墨分散液的石墨片分散为复数大面积石墨烯，该大面积石墨烯的层数小于20且具有一La介于1μm至1000μm之间的直径，该La系为一由拉曼光谱所获得的值。2.如权利要求1所述的大面积石墨烯的制备方法，其特征在于，该大面积...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣德，宋健民，
申请(专利权)人：北京清烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11