片材剥离装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种片材剥离装置，用于剥离石墨。根据本发明专利技术，片材剥离装置由于使用特定的微通道施加石墨剥离所需的剪切力，并且同时，可以向微通道中的各个截面施加不同强度的剪切力，所以能够提高石墨烯制备效率。

Sheet metal stripping device

The invention relates to a sheet stripping device for stripping graphite. According to the invention, the chip stripping device applies the specific microchannel to apply the shear force required for graphite stripping, and at the same time, can apply different strength shear force to each section in the microchannel, so it can improve the preparation efficiency of graphene.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】片材剥离装置
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年9月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0126434的权益，通过引用将其公开内容整体并入本文。本专利技术涉及一种有效剥离石墨并能制备大面积石墨烯的片材剥离装置以及使用该装置制备石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是一种半金属材料，形成一种碳原子通过sp2键以二维的六边形形状连接的排列，并且具有与碳原子层相对应的厚度。近来，有报道称，对具有一个碳原子层的石墨烯片的性质的评估结果为，电子迁移率为约50,000cm2/Vs以上，因此表现出非常优良的导电性。此外，石墨烯具有结构稳定性、化学稳定性以及导热性优良的特性。另外，由于它仅由相对较轻的碳原子组成，所以很容易处理一维或二维纳米图案。由于这种电、结构、化学和经济特性，预计石墨烯将从此取代硅基半导体技术和透明电极，并且特别地，由于其优异的机械性能，可望应用于柔性电子器件领域。由于石墨烯的诸多优点和优良特性，已经提出或研究了能够更有效地由碳质材料大规模生产石墨烯的各种方法。特别地，对能够容易地制备具有更薄的厚度和大面积的石墨烯片或薄片的方法的研究已经有了各种进展，使得石墨烯的优良性能可以得到更为显著地展现。关于制备石墨烯的现有方法，通过诸如使用胶带的物理方法或诸如石墨氧化的化学方法剥离，或通过将酸、碱、金属等插入在石墨的碳层之间的插层化合物剥离，来获得石墨烯或其氧化物的方法是已知的。近来，通常使用通过用球磨机研磨或超声波照射将包含在石墨中的碳层剥离，同时将石墨分散在液相中来制备石墨烯的方法。然而，这些方法存在产生石墨烯缺陷、工艺复杂、石墨烯产率低的缺点。同时，片材剥离装置是一种将高压施加到具有微米级直径的微通道，从而对穿过微通道的材料施加强剪切力的装置，并且如果使用片材剥离装置剥离石墨，可增加石墨烯产量。然而，通常以粉碎和分散颗粒为目的设计和制备片材剥离装置，并且根据微通道中的截面的剪切力的差异不大。由于石墨烯的层间结合力因包含在石墨中的杂质或结晶度差异等而不同，所以如果仅穿过上述微通道一次，则非剥离层可能保留，并应进一步穿过微通道，并因此，剥离时间可能增加，并且生产率可能降低。因此，作为对有效剥离石墨并能制备大面积石墨烯的片材剥离装置的研究的结果，本专利技术人证实，如果使用如下所述的特定形状的微通道将各种剪切力施加到穿过微通道的石墨，则可以解决上述问题，并完成本专利技术。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供一种有效剥离石墨并能制备大面积石墨烯的片材剥离装置。本专利技术的另一个目的是提供一种使用上述片材剥离装置制备石墨烯的方法。技术方案为了解决这些问题，本专利技术提供了一种片材剥离装置，包括：入口，片材供应到所述入口中；高压泵，位于所述入口的前端，并产生用于对所述片材加压的压力；微通道，位于所述入口的后端，所述片材通过由所述高压泵产生的压力穿过所述微通道，由此所述片材被剥离；以及位于所述微通道的后端的出口，其中，所述微通道的横截面积从入口侧的前端到出口侧的后端减小。此外，本专利技术提供了一种使用上述片材剥离装置制备石墨烯的方法，所述方法包括以下步骤：1)向所述入口供应包含石墨的溶液；2)用高压泵对所述入口施加压力以使所述包含石墨的溶液穿过所述微通道；以及3)从所述出口回收石墨烯分散体。有益效果根据本专利技术的片材剥离装置，其特征在于，通过使用特定的微通道而不需要研磨石墨烯本身，可以增加石墨烯制备效率。附图说明图1是根据本专利技术的片材剥离装置的示意图；图2示出了根据本专利技术的片材剥离装置和比较例的片材剥离装置的微通道中的流速；图3示出了根据本专利技术的片材剥离装置和比较例的片材剥离装置的微通道中的剪切力。具体实施方式在下文中，将详细解释本专利技术。片材剥离装置是指将高压施加到具有微米级直径的微通道，以便对穿过微通道的材料施加强剪切力的装置。通过剪切力，穿过微通道的材料被研磨和分散(dispersed)，并且因此，被用于制备高度分散的材料。因此，片材剥离装置被用于制备要求高度分散的产品，例如，在诸如电气/电子材料、生物工程、制药、食品、纤维、涂料、化妆品产业等的各个领域。同时，由于片材剥离装置被设计和制作以用于通过强剪切力对材料进行剥离、粉碎和研磨，通常，使用具有恒定横截面积的微通道的装置，从而微通道中的剪切力可以是恒定的。然而，根据片材剥离装置的使用目的，具有恒定横截面积的微通道可能是不利的。特别地，本专利技术涉及使用片材剥离装置从石墨制备石墨烯，并且旨在引起石墨的分层。由于石墨烯的层间结合力根据包含在石墨中的杂质或结晶度差异等而不同，所以如果施加恒定的剪切力，则可能保留非剥离层。因此，应增加通过微通道的次数，以便另外剥离石墨，这增加了剥离时间并降低了生产率。因此，本专利技术提供一种片材剥离装置，其中在施加剥离石墨所需的剪切力的范围内，可以根据微通道中的截面施加不同大小的剪切力。首先，图1是根据本专利技术的片材剥离装置的示意图。根据本专利技术的片材剥离装置(1)包括：入口(10)，片材供应到所述入口(10)中；位于入口(10)的前端并产生用于对所述片材加压的压力的高压泵(11，未示出)；位于入口(10)的后端的微通道(12)，所述片材通过由所述高压泵产生的压力穿过所述微通道，由此所述片材被剥离；以及位于微通道(12)的后端的出口(13)。因此，通过高压泵(11)向入口(10)施加压力，并且供应到入口(10)中的片材穿过微通道(12)。由于微通道(12)的横截面积小，所以如果对微通道(12)施加比施加到入口(10)的压力更高的压力，片材受到强剪切力并被剥离。穿过微通道(12)的片材被排出到出口(13)。特别地，在本专利技术中，片材可以是石墨，并且可以通过微通道(12)中的强剪切力来发生剥离以制备石墨烯。这里，微通道(12)的特征在于，横截面积从入口侧的前端(12-1)到出口侧的后端(12-2)减小，从而可以根据微通道(12)中的截面施加不同大小的剪切力。也就是说，微通道(12)从入口侧的前端(12-1)向出口侧的后端(12-2)逐渐变细。此外，微通道(12)的横截面可以是圆形或多边形(正方形、梯形等)，并且没有特别的限制。由于石墨的层间结合力不是固定在一定值而是根据石墨而变化，因此施加不同大小的剪切力而不是施加恒定的剪切力有利于石墨的剥离。此外，如果石墨在微通道中突然受到高剪切力，则担心石墨可能在被剥离之前被研磨。因此，如果当石墨流入微通道中时施加小的剪切力，并且在穿过微通道的同时逐渐施加高剪切力，则可以在抑制石墨研磨的同时提高剥离效率。为此，本专利技术的特征在于，微通道(12)从入口侧的前端(12-1)向出口侧的后端(12-2)逐渐变细。因此，根据本专利技术的微通道由于锥形形状而具有逐渐增加流动方向上的流速和剪切速率的效果，由此逐渐增加流动方向上的剪切力，而不是固定的剪切力。优选地，微通道的入口侧的前端处的横截面积与微通道的出口侧的后端处的横截面积之比为1:0.1至1:0.9。此外，优选地，微通道的入口侧的前端处的横截面积为2.5×103μm2至1.5×108μm2。此外，优选地，微通道的锥角为1°至10°。此外，根据本专利技术的片材剥离装置可以配备有用于将片材供应到入口(10)的供应线。通过供应线，可以控制片材的输入等。此外，本专利技术还提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片材剥离装置，包括：入口，片材供应到所述入口中；高压泵，位于所述入口的前端，并产生用于对所述片材加压的压力；微通道，位于所述入口的后端，所述片材通过由所述高压泵产生的压力穿过所述微通道，由此所述片材被剥离；以及位于所述微通道的后端的出口，其中，所述微通道的横截面积从入口侧的前端到出口侧的后端减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.07 KR 10-2015-01264341.一种片材剥离装置，包括：入口，片材供应到所述入口中；高压泵，位于所述入口的前端，并产生用于对所述片材加压的压力；微通道，位于所述入口的后端，所述片材通过由所述高压泵产生的压力穿过所述微通道，由此所述片材被剥离；以及位于所述微通道的后端的出口，其中，所述微通道的横截面积从入口侧的前端到出口侧的后端减小。2.根据权利要求1所述的片材剥离装置，其中，所述微通道的所述入口侧的前端处的横截面积与所述微通道的所述出口侧的后端处的横截面积之比为1:0.1至1:0.9。3.根据权利要求1所述的片材剥离装置，其中，所述微通...

【专利技术属性】
技术研发人员：金恩贞，柳光铉，林艺勋，金仁怜，权元钟，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR