一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯制造技术领域，具体公开了一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法，包括以下步骤：加热、抽真空、充气、电弧放电、收集成品。本发明专利技术的优点：本发明专利技术所提供的方法能够满足大规模生产的需要，能够生产大面积、高纯度的石墨烯，满足储能材料及功能复合材料领域的大规模需求，且本装置生产成本低容易实现，废水少，对环境污染较小，本发明专利技术工艺简单，单位产率高，易于产业化。

A method of preparation of graphene by arc graphite rod

The invention relates to the field of graphene manufacturing technology, and discloses a method for preparing graphene by means of arc graphite rods, which comprises the following steps: heating, vacuuming, aerating, arc discharging, and collecting finished products. The invention has the advantages that the method provided by the invention can meet the needs of large-scale production, to production of graphene in large area and high purity, to meet the needs of large-scale energy storage materials and functional composite materials, and the device has low production cost and easy to achieve, less waste water, less environmental pollution, the invention has the advantages of simple process, unit of high yield, easy industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法
本专利技术涉及石墨烯制造
，尤其涉及一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构，并且只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯在很多方面都展现出了优异的性能，比如石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，其透光性非常好；石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；石墨烯常温下的电子迁移率超过15000cm2/V·s，高于纳米碳管和硅晶体；石墨烯的电阻率只有10-6Ω·cm，比铜或银更低，是目前电阻率最小的材料；此外石墨烯也是目前最薄却最坚硬的材料。将石墨烯制备成粉体更有利于石墨烯的应用，如石墨烯材料粉体可用作膨胀剂材料的添加剂，提高膨胀剂材料的电学性能和力学强度，石墨烯材料粉体具有广阔的应用前景。目前，可采用多种方法制备得到石墨烯材料粉体，如机械剥离法、氧化-还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和剥离碳纳米管法。在这些方法中，机械剥离法和外延生长法制备效率很低，难以满足大规模的需要。化学气相沉积法虽然可以获得大尺寸连续的石墨烯薄膜，但适用于微纳电子器件或透明导电薄膜，却不能满足储能材料及功能复合材料领域的大规模需求。氧化-还原法制备石墨烯材料粉体的成本低廉且容易实现，但是会产生大量的废水，对环境造成严重污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、加热：将石墨棒放入加热箱内进行加热，待石墨棒表面温度达到152-160℃时，停止加热，加热箱保持恒温，确保石墨棒内外温度均匀；步骤二、抽真空：将步骤一中加热后的石墨棒放入石墨烯加工设备中，对石墨烯加工设备进行抽真空；步骤三、充气：对石墨烯加工设备内充保护气体，充至石墨烯加工设备内的压力达到200-300kpa；步骤四、电弧放电：对石墨棒进行电弧反应，电弧的放电电流为240-400A；步骤五、收集成品：放电完毕后，对石墨烯加工设备进行放气，常温冷却60-80分钟，收集附着在石墨烯加工设备内壁与沉集在的石墨烯加工设备底部的粉末，收集后的粉末即为成品石墨烯。优选地，所述步骤一中的温度为155℃。优选地，所述步骤二中抽真空抽至真空度小于10pa停止。优选地，所述步骤三中的保护气体为氮气与氢气的混合气体，加工设备内的压力为260kpa。优选地，所述氮气与氢气的比例为1:1。优选地，所述步骤四中的放电电流为350A。优选地，所述步骤五中的常温冷却时间为70分钟。本专利技术的优点在于：本专利技术所提供的方法能够满足大规模生产的需要，能够生产大面积、高纯度的石墨烯，满足储能材料及功能复合材料领域的大规模需求，且本装置生产成本低容易实现，废水少，对环境污染较小，本专利技术工艺简单，单位产率高，易于产业化。附图说明图1是石墨烯加工设备的原理结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、加热：将石墨棒放入加热箱内进行加热，待石墨棒表面温度达到152-160℃时，本实施例优选采用温度为155℃，停止加热，加热箱保持恒温，确保石墨棒内外温度均匀。步骤二、抽真空：将步骤一中加热后的石墨棒放入石墨烯加工设备中，对石墨烯加工设备进行抽真空，抽至真空度小于10pa停止。步骤三、充气：对石墨烯加工设备内充保护气体，保护气体采用氮气和氢气的混合气体，氮气与氢气的比例为1:1，充至石墨烯加工设备内的压力达到200-300kpa，本实施例优选采用压力为260kpa。步骤四、电弧放电：对石墨棒进行电弧反应，电弧的放电电流为240-400A，本实施例中放电电流优选采用350A。步骤五、收集成品：放电完毕后，常温冷却60-80分钟，本实施例优选冷却75分钟，冷却完成后，收集附着在石墨烯加工设备内壁与沉集在的石墨烯加工设备底部的粉末，收集后的粉末即为成品石墨烯。如图1所示，上述石墨烯加工设备包括控制柜1，在控制柜1上连接一组反应桶2，在每个反应桶2上均配合连接一个桶盖3，在桶盖3上设有压筒4，在压筒4上连接用于测量反应桶2内压强的压力表5，在每个反应桶2上还分别连接输料装置14、剖空阀7、电弧发射头8和冷却循环装置9，在反应桶2和桶盖3上还安装一组接头6，在控制柜1的一侧设有与电弧发射头8连接的电解机10。所述输料装置14包括与所述反应桶2连通的输料管，输料管通过一组支撑板19支撑固定在所述控制柜1上，在每个支撑板19上均设有一个套接输料管的套环20，在输料管内配合连接绞龙，在输料管一侧的控制柜1上安装连接板15，在连接板15上连接电机16，电机16通过传动装置驱动连接绞龙。所述传动装置为相互配合的主动齿轮17和被动齿轮18，主动齿轮17连接在所述电机16的输出轴上，被动齿轮18连接在所述绞龙上。所述反应桶2上设有第一连接板11，在所述桶盖3上连接与第一连接板11对应的第二连接板12，在第一连接板11和第二连接板12之间连接油缸13，在桶盖3上还连接把手21。在所述控制柜1的下侧安装一组调节支脚22，调节支脚22包括螺杆，在螺杆的下侧连接垫板。作业时，在输料管内加入经步骤一处理后的石墨棒，打开冷热交换机9，在利用真空机通过接头6将反应桶2内抽真空，抽真空至反应桶2的压强小于10pa，本实施例中优选抽至1.3pa，当反应桶2内的压强达到1.3pa时，向反应桶2内通入1:1氢气和氮气，当反应桶2内的压力达到260kpa时，同时启动电解机10和输料装置14，反应完成后通过剖空阀7对反应桶2进行放气，拿出成品，密封干燥储存。实施例2在实施例1中步骤一中的温度还可以为为158℃；步骤二中抽真空抽至真空度为5pa时停止；步骤三中的保护气体为氮气和氢气的混合气体，氮气与氢气的比例为0.9:1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、加热：将石墨棒放入加热箱内进行加热，待石墨棒表面温度达到152‑160℃时，停止加热，加热箱保持恒温，确保石墨棒内外温度均匀；步骤二、抽真空：将步骤一中加热后的石墨棒放入石墨烯加工设备中，对石墨烯加工设备进行抽真空；步骤三、充气：对石墨烯加工设备内充保护气体，充至石墨烯加工设备内的压力达到200‑300kpa；步骤四、电弧放电：对石墨棒进行电弧反应，电弧的放电电流为240‑400A；步骤五、收集成品：放电完毕后，对石墨烯加工设备进行放气，常温冷却60‑80分钟，收集附着在石墨烯加工设备内壁与沉集在的石墨烯加工设备底部的粉末，收集后的粉末即为成品石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种利用电弧石墨棒制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、加热：将石墨棒放入加热箱内进行加热，待石墨棒表面温度达到152-160℃时，停止加热，加热箱保持恒温，确保石墨棒内外温度均匀；步骤二、抽真空：将步骤一中加热后的石墨棒放入石墨烯加工设备中，对石墨烯加工设备进行抽真空；步骤三、充气：对石墨烯加工设备内充保护气体，充至石墨烯加工设备内的压力达到200-300kpa；步骤四、电弧放电：对石墨棒进行电弧反应，电弧的放电电流为240-400A；步骤五、收集成品：放电完毕后，对石墨烯加工设备进行放气，常温冷却60-80分钟，收集附着在石墨烯加工设备内壁与沉集在的石墨烯加工设备底部的粉末，收集后的粉末即为成品石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂萍，张海军，李泳明，李浚明，刘文亮，
申请(专利权)人：安徽百特新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34