连续制备多孔石墨烯薄膜的装置及多孔石墨烯薄膜制品制造方法及图纸

提供一种连续制备多孔石墨烯薄膜的装置及多孔石墨烯薄膜制品，所述装置包括激光头、放料机构、收料机构和导轨，放料机构和收料机构用于共同带动一聚合物薄膜沿其长度方向在聚合物薄膜的加工区域内连续匀速传输，所述放料机构和收料机构分别位于聚合物薄膜的加工区域的两侧，所述激光头位于聚合物薄膜的加工区域的上方，并安装在所述导轨上，且可在所述导轨上沿垂直于所述聚合物薄膜的加工区域的方向运动以调整其激光束的焦距，以及在所述导轨上沿预定的方向做直线往复运动，以在聚合物薄膜的加工区域内烧蚀聚合物薄膜，形成连续的多孔石墨烯。本实用新型专利技术的装置能够在聚合物薄膜基底上，进行大面积多孔石墨烯薄膜的连续批量化、产业化生产。

Device for continuous preparation of porous graphene film and porous graphene film product

A device for preparing a porous graphene film and a porous graphene film product are provided. The device comprises a laser head, a discharging mechanism, a feeding mechanism and a guide rail, a discharge mechanism and a feeding mechanism for a continuous and uniform transmission of a polymer film in the processing area of the polymer film along the length direction. The feeding mechanism and the feeding mechanism are located on both sides of the processing area of the polymer film respectively. The laser head is located above the processing area of the polymer film, and is mounted on the guide rail, and the focal distance of the laser beam can be adjusted along the square of the processing area perpendicular to the polymer film on the guide rail. And the linear reciprocating motion is made in the predetermined direction on the guide rail to ablate the polymer film in the processing area of the polymer film to form a continuous porous graphene. The device of the utility model can carry out continuous batch and industrialized production of large-area porous graphene film on the polymer film substrate.

【技术实现步骤摘要】
连续制备多孔石墨烯薄膜的装置及多孔石墨烯薄膜制品
本技术涉及石墨烯制备设备领域，特别涉及一种连续制备多孔石墨烯薄膜的装置及多孔石墨烯薄膜制品。
技术介绍
石墨烯作为准二维纳米碳材料，具有众多优良特性，如高载流子迁移率、高导热率、高机械强度、极佳的透光性等，因而在新一代电子器件、可穿戴设备、微纳传感、新能源电池等众多领域拥有极大的发展潜力，被认为是将“彻底改变21世纪”的“神奇材料”。多孔石墨烯作为石墨烯家族的一员，不仅拥有石墨烯的多种优良特性，由于其多孔结构和大量的纳米孔缺陷，使得其拥有更大的表面积和更高的表面活性。多孔石墨烯被广泛应用于柔性传感器、超级电容、分子检测以及气体传感等领域。然而由于低成本大批量生产多孔石墨烯的技术缺乏，多孔石墨烯薄膜材料仍然无法得到大规模产业化应用。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种连续制备多孔石墨烯薄膜装置及多孔石墨烯薄膜制品，其能够在聚合物薄膜基底上，进行大面积多孔石墨烯薄膜的连续批量化、产业化生产。本技术的目的通过以下技术方案实现：一种连续制备多孔石墨烯薄膜的装置，包括激光头、放料机构、收料机构和导轨，所述放料机构和收料机构共同用于带动一聚合物薄膜沿其长度方向在聚合物薄膜的加工区域内连续匀速传输，所述放料机构和收料机构分别位于所述聚合物薄膜的加工区域的两侧，所述激光头位于所述聚合物薄膜的加工区域的上方，并安装在所述导轨上，且可在所述导轨上沿垂直于所述聚合物薄膜的加工区域的方向运动以调整其激光束的焦距，以及在所述导轨上沿预定的方向做直线往复运动，以在所述聚合物薄膜的加工区域内烧蚀所述聚合物薄膜，形成连续的多孔石墨烯。一种多孔石墨烯薄膜制品，包括至少一层多孔石墨烯制品单元，每层多孔石墨烯制品单元包括作为基底的聚合物薄膜，以及形成在所述基底的中部区域的多孔石墨烯。本技术的有益效果包括：本技术的装置通过激光诱导，能够在聚合物薄膜基底上进行大面积多孔石墨烯薄膜的连续批量化、产业化生产。附图说明图1为本技术具体实施方式中连续制备多孔石墨烯薄膜的装置示意图；图2为本技术具体实施方式中的连续制备多孔石墨烯薄膜的过程示意图；图3为本技术具体实施方式中的激光光斑与聚合物薄膜的运动形式俯视示意图；图4为本技术具体实施方式中制备的多孔石墨烯的SEM图；图5为本技术具体实施方式中制备的多孔石墨烯的光镜图；图6为本技术具体实施方式中采用的聚合物薄膜的横截面示意图；图7为本技术具体实施方式中的多孔石墨烯制品的横截面示意图。具体实施方式下面对照附图并结合优选的实施方式对本技术作进一步说明。需要说明的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图1所示，为本技术具体实施方式中连续制备多孔石墨烯薄膜的装置示意图，其包括激光头1、放料机构2、收料机构5和导轨，放料机构2和收料机构5共同用于带动一聚合物薄膜3沿其长度方向在聚合物薄膜的加工区域31内连续匀速传输，放料机构2和收料机构5分别位于聚合物薄膜的加工区域31的两侧，激光头1位于聚合物薄膜3的加工区域的上方，并安装在导轨上，且可在导轨上沿垂直于聚合物薄膜的加工区域的方向运动以调整其激光束的焦距，以及在导轨上沿预定的方向做直线往复运动，以在聚合物薄膜的加工区域31内烧蚀聚合物薄膜，形成连续的多孔石墨烯。其中，本例中，导轨包括X导轨6、Y导轨7和Z导轨8，Z导轨可以固定在机架(未图示)上，激光头1安装在Y导轨7上，对焦时，X导轨6带动Y导轨7及Y导轨7上的激光头1在Z导轨8上滑动(即沿Z轴方向运动)，对焦完成后，X导轨6位置固定；在直线往复运动过程中，Y导轨7带动激光头1在X导轨6上滑动(即沿X轴方向运动)，且激光头1在Y导轨7上滑动(即沿Y轴方向运动)，这两个方向就合成了激光头的加工过程和回程过程的直线往复运动。放料机构2为滚筒放料机构，包括放料传动辊21和放料辅助辊22(本例中为两个放料辅助辊)，收料机构5为滚筒收料机构，包括收料传动辊51和收料辅助辊52(本例中为两个收料辅助辊)，放料传动辊21和收料传动辊51滚绕带动聚合物薄膜3运动(图中用箭头示意)，放料辅助辊22和收料辅助辊52保持运动中的聚合物薄膜3在聚合物薄膜的加工区域内31紧绷，以有利于高质量的多孔石墨烯的生长。采用上述装置进行多孔石墨烯薄膜的连续制备时，通过控制一定波长的激光烧蚀特定的聚合物薄膜，利用激光光热作用即可诱导生成多孔石墨烯。在具体的实施方式中，包括如下步骤：(1)聚合物薄膜沿其长度方向在聚合物薄膜的加工区域内连续匀速传输；(2)预先调好焦距的激光沿预定的方向做直线往复运动，在聚合物薄膜的加工区域内烧蚀聚合物薄膜，形成连续的多孔石墨烯。如图2所示，1表示激光头、11表示激光头发出的激光，2示意放料机构、3表示聚合物薄膜、4表示生成的多孔石墨烯薄膜，5示意收料机构，图中所示的XYZ坐标系，在下文中：“X轴方向”和“聚合物薄膜长度方向”是表示同一个方向，“Y轴方向”和“聚合物薄膜宽度方向”是表示同一个方向，“Z轴方向”和“垂直于聚合物薄膜的加工区域的方向”是表示同一个方向。聚合物薄膜在放料机构2和收料机构5的带动下沿其长度方向(即图中所示的X轴方向上)在聚合物薄膜的加工区域内连续匀速传输。激光头1可以在垂直于聚合物薄膜的加工区域的方向运动(即图中所示的Z轴方向上)以调整其激光束的焦距，调好焦距的激光沿预定的方向做直线往复运动，在聚合物薄膜的加工区域内烧蚀聚合物薄膜，形成连续的多孔石墨烯，也即，激光头在图中所示的XYZ轴方向上都可以运动，在加工过程中，保持激光头在Z轴方向上固定，在XY平面内做直线运动。其中，较优的是，激光运动的预定的方向是指：激光的运动方向与聚合物薄膜的宽度方向(即图中所示的Y轴方向)呈一定角度θ，0°＜θ＜1°，优选地，0°＜θ＜0.52°；在激光做直线往复运动时，在所述聚合物薄膜的加工区域内，当激光在聚合物薄膜长度方向上的速度分量的方向与聚合物薄膜的运动方向相同时，为加工过程，在加工过程中，激光打开；当激光在聚合物薄膜长度方向上的速度分量的方向与聚合物薄膜的运动方向相反时，为回程过程，在回程过程中，激光关闭。更进一步地，在加工过程中，激光在聚合物薄膜长度方向上的速度分量Vx的大小在0.006mm/s～0.455mm/s范围内；激光在聚合物薄膜宽度方向上的速度分量Vy的大小在50mm/s～250mm/s范围内。如图3所示，为激光光斑与聚合物薄膜的运动形式俯视示意图，该示例中，激光光斑(如图中的a，a’所示)沿着与Y轴方向呈一定角度θ的方向做直线往复运动，图中示意的a→a’为加工过程，a’→a为回程过程。其中，激光光斑直径为100μm-200μm，单次诱导后可在聚合物薄膜上生成宽度等于激光光斑直径的多孔石墨烯线条41，在多次加工过程后，在聚合物薄膜的加工区域内会形成连续的多孔石墨烯，如图5所示，在微观下能看到连续的多孔石墨烯由若干条平行相接(即每条石墨烯线条的边缘线是相互平行的，每相邻的两条石墨烯线条是紧挨着或者部分交叠的)排列的多孔石墨烯线条组成。每两条相邻的多孔石墨烯线条的中心间距为s，单条多孔石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续制备多孔石墨烯薄膜的装置，其特征在于，包括激光头、放料机构、收料机构和导轨，所述放料机构和收料机构用于共同带动一聚合物薄膜沿其长度方向在聚合物薄膜的加工区域内连续匀速传输，所述放料机构和收料机构分别位于所述聚合物薄膜的加工区域的两侧，所述激光头位于所述聚合物薄膜的加工区域的上方，并安装在所述导轨上，且可在所述导轨上沿垂直于所述聚合物薄膜的加工区域的方向运动以调整其激光束的焦距，以及在所述导轨上沿预定的方向做直线往复运动，以在所述聚合物薄膜的加工区域内烧蚀所述聚合物薄膜，形成连续的多孔石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种连续制备多孔石墨烯薄膜的装置，其特征在于，包括激光头、放料机构、收料机构和导轨，所述放料机构和收料机构用于共同带动一聚合物薄膜沿其长度方向在聚合物薄膜的加工区域内连续匀速传输，所述放料机构和收料机构分别位于所述聚合物薄膜的加工区域的两侧，所述激光头位于所述聚合物薄膜的加工区域的上方，并安装在所述导轨上，且可在所述导轨上沿垂直于所述聚合物薄膜的加工区域的方向运动以调整其激光束的焦距，以及在所述导轨上沿预定的方向做直线往复运动，以在所述聚合物薄膜的加工区域内烧蚀所述聚合物薄膜，形成连续的多孔石墨烯。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放料机构为滚筒放料机构，包括放料传动辊和放料辅助辊，所述收料机构为滚筒收料机构，包括收料传动辊和收料辅助辊，所述放料传动辊和收料传动辊带动所述聚合物薄膜运动，所述放料辅助辊和收料辅助辊保持运动中的所述聚合物薄膜在所述聚合物薄膜的加工区域内紧绷。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光是点状光斑激光，光斑直径为100μm-200μm。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述激光采用CO2红外激光，波长为10.6微米；所述激光的功率为4W～10W。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导轨包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旻，刘易鑫，吴一川，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：新型
国别省市：广东,44