制备碳材料的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备碳材料的试验装置及方法，该方法包括：将爆炸样品注入爆炸反应机构的爆炸腔体中，所述爆炸反应机构的上电极和下电极通过所述爆炸样品连接；将上电极压板安装到所述上电极上，完成所述爆炸腔体的密封；将外部供能系统与爆炸反应机构的上电极压板和下电极连接，所述上电极压板、上电极、爆炸样品、下电极形成电爆炸回路；对所述外部供能系统进行充能，对所述爆炸样品进行多次电爆。本发明专利技术能够在实现多种条件下，爆炸样品的多次电爆，从而生成碳或者碳基材料。

Test Equipment and Method for Preparing Carbon Material

The invention discloses an experimental device and a method for preparing carbon materials, which includes: injecting explosive samples into the explosion chamber of the explosion reaction mechanism, connecting the upper and lower electrodes of the explosion reaction mechanism through the explosion sample, installing the upper electrode pressure plate on the above electrodes to complete the sealing of the explosion chamber, and connecting the external energy supply system with the explosion reactor. The upper electrode pressure plate and the lower electrode are connected, and the upper electrode pressure plate, the upper electrode, the explosion sample and the lower electrode form an electric explosion circuit. The external energy supply system is charged and the explosion sample is electrodetonated several times. The invention can realize multiple electric explosions of explosive samples under various conditions, thereby generating carbon or carbon-based materials.

【技术实现步骤摘要】
制备碳材料的试验装置及方法
本专利技术涉及碳及碳基材料制备
，特别涉及一种制备碳材料的试验装置及方法。
技术介绍
碳元素(C)位于周期表第二周期的IVA族，以多样的形态广泛的存在于自然社会中。由于碳1s2、2s2和2p2的电子结构，使得碳原子拥有多种化合键(单键、双键和三键)，从而可以形成线型、平面型和立体型结构。碳单质拥有从一维到三维都能稳定存在的物质，如零维的富勒烯(C60)、一维的碳纳米管(Carbonnanotube)、二维的石墨烯(Graphene)和三维的石墨(Graphite)。其中，石墨烯的发现打破了20世纪30年代Peierls和Landau提出的“二维晶体在热力学上的不稳定性”，完善了碳系家族。碳单质被广泛的应用在各个领域，如润滑减摩、防腐，而其物理化学性质主要取决于其原子构型。其中，石墨烯作为其他碳系材料(除金刚石外)的基础单元，以sp2杂化碳原子组成的蜂巢状的单层原子厚度材料，拥有卓越的性能和应用前景，是目前科学家们关注的热点。碳元素在自然界中的含量(0.027％)只有硅元素的千分之一，但是，由于碳元素性质的特殊性，使得基于碳元素的复合材料得以蓬勃的发展。碳元素可以与不同的材料(有机物或无机物)进行复合，形成各种新型碳基功能材料；也可以与其他元素掺杂，形成多样的掺杂碳复合材料。碳及基于碳的复合材料经历了宏观阶段到微观阶段，制备方法也经历了宏观裂解到微观合成的阶段。随着科技的进步，微观尺度，特别是纳米级别的碳及碳基材料将占据发展的主流，对材料的加工与制备提出了新的要求。以石墨烯为例，虽然其在许多方面都拥有巨大的应用潜力，但是要想将石墨烯应用于工业生产，就需要实现石墨烯的大规模、大尺寸的产出。而获得大批量、高纯度的石墨烯材料，是对其进行结构观察、性能测试以及进一步试验研究和实际应用的前提，因此对碳材料制备技术的深入研究至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备碳材料的试验装置及方法，在试验过程中，该装置能够实现多种条件下，爆炸样品的多次电爆，从而生成碳或者碳基材料。本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种制备碳材料的试验装置，包括：爆炸反应机构，所述爆炸反应机构包括：中空的爆炸腔体，所述爆炸腔体具有相对的第一端和第二端，所述第一端设置有上盖，所述第二端设置有下盖；所述爆炸腔体与所述上盖和所述下盖相配合构成密闭的反应腔；所述上盖设置有与所述爆炸腔体内部相连通的上电极，所述下盖设置有与所述爆炸腔体内部相连通的下电极；所述爆炸腔体内用于容纳爆炸样品；所述爆炸样品为碳粉或碳粉与导电介质的混合物；至少所述上电极、所述爆炸样品、所述下电极能形成电爆炸回路。在一个优选的实施方式中，所述上盖具有与所述爆炸腔体密封配合的下表面以及相对的上表面，所述上盖的上表面设置有上压板；所述下盖具有与所述爆炸腔体密封配合的上表面以及相对的下表面，所述下盖的下表面设置有下压板；所述下压板、下盖、爆炸腔体、上盖、上压板之间通过螺杆和螺母固定连接。在一个优选的实施方式中，所述爆炸腔体内安装有绝缘套，所述上盖和下盖由绝缘材料制成，所述上压板和下压板由金属材料制成。在一个优选的实施方式中，所述试验装置还包括爆炸丝，至少所述爆炸丝能与所述上电极和所述下电极形成电爆炸回路。试验装置所述上电极为由导电材料制成的空心结构，所述上电极的中部留有圆形通孔，用于穿过所述爆炸丝；所述下电极为由导电材料制成的实心结构，所述下电极的与所述爆炸腔体接触的一端设置有圆弧形槽。在一个优选的实施方式中，所述爆炸反应机构还包括：上电极压板，所述上电极远离所述爆炸腔体的一端设置有与所述上电极压板相密封配合的锥形凹槽。在一个优选的实施方式中，所述爆炸腔体上还设置有相对的进气口、出气口，所述进气口处设置有能控制所述进气口通断的第一开关，所述出气口处设置有能控制所述出气口通断的第二开关。一种基于上述所述的制备碳材料的试验装置的试验方法，所述试验方法包括：将爆炸样品注入爆炸反应机构的爆炸腔体中，所述爆炸反应机构的上电极和下电极通过所述爆炸样品连接；将上电极压板安装到所述上电极上，完成所述爆炸腔体的密封；将外部供能系统与爆炸反应机构的上电极压板和下电极连接，所述上电极压板、上电极、爆炸样品、下电极形成电爆炸回路；对所述外部供能系统进行充能，对所述爆炸样品进行多次电爆。在一个优选的实施方式中，所述爆炸样品包括下述中的任意一种：碳粉，碳粉与金属导电颗粒的混合物，碳粉与金属导电液。在一个优选的实施方式中，将所述进气口和出气口与压力调节装置连接，在所述多次电爆中调节所述爆炸腔体内的压力。由以上本申请实施方式提供的技术方案可见，利用本申请所提供的试验装置制备碳材料时，可以在该爆炸腔体中装入爆炸样品。该爆炸样品可以为碳粉或碳粉与导电介质的混合物。该爆炸样品作为电爆炸回路中的一部分，与上电极和下电极以及与外部的供能系统连接后，形成结构稳定的电爆炸回路，对含碳的爆炸样品进行多次电爆，制备获得碳材料。在上述电爆炸过程中，该爆炸样品由于通过上电极、下电极与外部的功能系统连接，该电爆炸的次数就可以实现人为控制。随着电爆炸次数的增多，碳材料的层数及大小逐渐减小，能够获得不同形式的碳材料，例如可以逐渐获得石墨烯、石墨烯量子点等碳材料。参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明图1是本申请一个实施方式提供的制备碳材料的试验装置；图2是本申请另一个实施方式提供的制备碳材料的试验装置；图3是图2中本申请另一个实施方式提供的试验装置中的送丝机构的结构示意图；图4是图3中本申请一个实施方式提供的送丝机构中的固定板背面的结构示意图；图5是本申请实施方式中提供的制备碳材料的试验装置的上电极的结构示意图；图6是本申请实施方式中提供的制备碳材料的试验装置的下电极的结构示意图；图7是本申请实施方式中提供的制备碳材料的试验装置的上电极压板的结构示意图；图8是本申请实施方式中提供的制备碳材料的试验方法的步骤流程图。附图标记说明：100、送丝机构；1、送丝端口；2、送丝腔体；3、主动轮；4、电机；5、金属端盖；6、绝缘密封圈；7、导电电极；8、固定板；9、导向轮；10、爆炸丝导向；11、爆炸丝；12、螺杆；13、螺母；14、下压板；15、下盖；16、第一开关；17、进气口；18、上盖；19、爆炸腔体；20、上电极压板；201、锥形部；22、螺钉；23、上压板；24、上电极；241、锥形凹槽；25、平头螺钉；26、绝缘套；27、第二开关；28、出气口；29、下电极；291、圆弧形槽；30、控制板。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式，对本专利技术的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落入本申请所附权本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备碳材料的试验装置，其特征在于，包括：爆炸反应机构，所述爆炸反应机构包括：中空的爆炸腔体，所述爆炸腔体具有相对的第一端和第二端，所述第一端设置有上盖，所述第二端设置有下盖；所述爆炸腔体与所述上盖和所述下盖相配合构成密闭的反应腔；所述上盖设置有与所述爆炸腔体内部相连通的上电极，所述下盖设置有与所述爆炸腔体内部相连通的下电极；所述爆炸腔体内用于容纳爆炸样品；所述爆炸样品为碳粉或碳粉与导电介质的混合物；至少所述上电极、所述爆炸样品、所述下电极能形成电爆炸回路。

【技术特征摘要】
1.一种制备碳材料的试验装置，其特征在于，包括：爆炸反应机构，所述爆炸反应机构包括：中空的爆炸腔体，所述爆炸腔体具有相对的第一端和第二端，所述第一端设置有上盖，所述第二端设置有下盖；所述爆炸腔体与所述上盖和所述下盖相配合构成密闭的反应腔；所述上盖设置有与所述爆炸腔体内部相连通的上电极，所述下盖设置有与所述爆炸腔体内部相连通的下电极；所述爆炸腔体内用于容纳爆炸样品；所述爆炸样品为碳粉或碳粉与导电介质的混合物；至少所述上电极、所述爆炸样品、所述下电极能形成电爆炸回路。2.如权利要求1所述的制备碳材料的试验装置，其特征在于，所述上盖具有与所述爆炸腔体密封配合的下表面以及相对的上表面，所述上盖的上表面设置有上压板；所述下盖具有与所述爆炸腔体密封配合的上表面以及相对的下表面，所述下盖的下表面设置有下压板；所述下压板、下盖、爆炸腔体、上盖、上压板之间通过螺杆和螺母固定连接。3.如权利要求2所述的制备碳材料的试验装置，其特征在于，所述爆炸腔体内安装有绝缘套，所述上盖和下盖由绝缘材料制成，所述上压板和下压板由金属材料制成。4.如权利要求2所述的制备碳材料的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括爆炸丝，至少所述爆炸丝能与所述上电极和所述下电极形成电爆炸回路。5.如权利要求4所述的制备碳材料的试验装置，其特征在于，所述上电极为由导电材料制成的空心结构，所述上电...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭岩宝，谭海，王德国，刘承诚，韩忠星，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11