石墨烯合成设备及利用其的石墨烯合成方法技术

本发明专利技术的实施例提出一种石墨烯合成设备及利用其的石墨烯合成方法。石墨烯合成设备包括：合成炉，所述合成炉具有炉腔、第一进气口、第一出气口和排液口，所述第一进气口、所述第一出气口和所述排液口中的每一者与所述炉腔连通，所述第一出气口位于所述第一进气口的上方，所述排液口在上下方向上位于所述第一出气口与所述第一进气口之间；加热装置，所述加热装置与所述炉腔配合以便能够对所述炉腔进行加热；和气体喷枪，所述气体喷枪设在所述第一进气口处，以便能够将反应气体通入所述炉腔内。因此，根据本发明专利技术实施例的石墨烯合成设备具有操作简单、生产效率高和成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯合成设备及利用其的石墨烯合成方法
本专利技术涉及石墨烯制备
，具体涉及一种石墨烯合成设备及利用其的石墨烯合成方法。
技术介绍
相关技术中，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角形晶格的平面薄膜，只有一个或数个碳原子厚度的纳米级前沿科技材料。目前，已商业应用的石墨烯制备技术主要有气相沉积法、氧化石墨还原法和液相剥离法。气相沉积法，其原理是为将一种或多种气态物质导入到一个反应腔内发生化学反应，生成一种新的材料沉积在衬底表面。具体方法是将含碳原子的气体有机物如甲烷（CH4）、乙炔（C2H2）等在镍或铜等金属基体上高温分解，脱出氢原子的碳原子会沉积吸附在金属表面连续生长成石墨烯。气相沉积法的优点是产品品质高，可制作单层原子厚的石墨烯。气相沉积法的缺点是生产效率低、成本高（目前市价约2000元/克）。氧化石墨还原法，是目前成本最低且最容易实现规模化生产的石墨烯制备方法。将天然石墨与强酸和强氧化物质反应生成氧化石墨（GO），经过超声分散制备成氧化石墨烯乳液，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，得到石墨烯。氧化石墨还原法的优点是成本比气相沉积法较低。氧化石墨还原法的缺点是产品质量差、污染严重。液相剥离法，剥离制备石墨烯需要克服石墨层与层之间的范德华力，而将石墨分散在液体中是一种直接的有效减小范德华力的方式，这就使得液相剥离法具有实现工业化的可能性。液相剥离法通常分为３个步骤：（１）将石墨分散在溶剂中，（２）通过超声波、微波、剪切力、热应力以及电化学等手段辅助剥离，（３）离心分离得到石墨烯分散液。液相剥离法的优点是品质高，污染小，是目前最可行方法。液相剥离法的缺点是生产效率较低，成本仍偏高。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种石墨烯合成设备及利用其的石墨烯合成方法。根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备，包括：合成炉，所述合成炉具有炉腔、第一进气口、第一出气口和排液口，所述第一进气口、所述第一出气口和所述排液口中的每一者与所述炉腔连通，所述第一出气口位于所述第一进气口的上方，所述排液口在上下方向上位于所述第一出气口与所述第一进气口之间；加热装置，所述加热装置与所述炉腔配合以便能够对所述炉腔进行加热；和气体喷枪，所述气体喷枪设在所述第一进气口处，以便能够将反应气体通入所述炉腔内。因此，根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备具有操作简单、生产效率高和成本低的优点。根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备还包括：转动座；转动轴，所述转动轴的一部分设在所述转动座内，所述转动轴与所述转动座转动连接；和电机，所述转动轴的一端与所述电机连接，所述转动轴的另一端与所述合成炉连接，以便所述电机通过所述转动轴带动所述合成炉转动，所述排液口位于所述转动轴的上方，所述排液口位于所述转动轴的一侧，可选地，所述第一出气口位于所述合成炉的上端部，所述第一进气口位于所述合成炉的下端部。在一些实施例中，所述合成炉的转动轴线和所述排液口在所述合成炉的周向上间隔90度。根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备还包括：承重座；和承重轴，所述承重轴的一部分设在所述承重座内，所述承重轴与所述承重座转动连接，所述转动轴的一端与所述合成炉连接，所述转动轴的转动轴线与所述承重轴的转动轴线重合。在一些实施例中，所述合成炉由内至外依次包括炉衬和炉壳，所述炉衬由耐热材料制成，所述加热装置设在所述炉衬和炉壳之间。根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备还包括旋转烟道，所述旋转烟道设在所述合成炉上，所述旋转烟道包括第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与所述第一出气口相连，所述第二出气口的中心与所述合成炉的转动轴线重合，以便所述旋转烟道随着所述合成炉一同旋转。在一些实施例中，所述气体喷枪包括外管体和内管体，所述外管体套设在所述内管体上，所述外管体的出口与所述第一进气口相连，所述内管体的出口通向所述第一进气口。本专利技术还提出了一种利用上述的石墨烯合成设备实施的石墨烯合成方法，包括以下步骤：A)使用所述气体喷枪向所述合成炉的所述炉腔内通入氮气，以便对所述合成炉的所述炉腔内的空气进行置换；B)对金属催化剂进行加热得到熔融状态的金属催化剂，将熔融状态的所述金属催化剂通过所述排液口通入所述合成炉的所述炉腔内，利用所述加热装置对所述合成炉的所述炉腔进行加热保温；C)使用所述气体喷枪向保温下的所述合成炉的所述炉腔通入气态的有机化合物，气态的所述有机化合物与熔融状态的所述金属催化剂接触，以便气态的所述有机化合物在预设温度下加快发生裂解反应并生成石墨烯颗粒；和D)分离、并收集所述石墨烯颗粒。根据本专利技术实施例的石墨烯合成方法还包括：步骤E）使用电机通过所述转动轴带动所述合成炉转动，将所述排液口转动到位于所述合成炉的下端位置处，以便将融状态的所述金属催化剂通过所述排液口排出所述合成炉的所述炉腔；和步骤F）使用所述电机通过所述转动轴带动所述合成炉转动，将所述排液口转动到位于所述合成炉的上端位置处，所述第一出气口和所述第一进气口不与熔融状态的所述金属催化剂接触，以便更换所述气体喷枪。在一些实施例中，熔融状态的所述金属催化剂的温度在1200℃之-1450℃之间，所述气体喷枪的喷吹压力在0.4MPa-0.8MPa之间，所述金属催化剂为铜、镍或铜镍合金中的一者。附图说明图1是根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备的主视图的示意图。图2是根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备的侧视图的示意图。图3是根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备的剖视图的示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参考附图描述根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备100。如图1至图3所示，根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备100包括合成炉10、加热装置20和气体喷枪30。合成炉10具有炉腔11、第一进气口12、第一出气口13和排液口14。第一进气口12、第一出气口13和排液口14中的每一者与炉腔11连通，第一出气口13位于第一进气口12的上方，排液口14在上下方向上位于第一出气口13与第一进气口12之间。加热装置20与炉腔11配合以便能够对炉腔11进行加热。气体喷枪30设在第一进气口12处，以便能够将反应气体通入炉腔11内。相关技术中，已商业应用的石墨烯制备技术主要有气相沉积法、氧化石墨还原法和液相剥离法。但上述三种方法存在生产效率低、污染大和成本高等缺点。根据本专利技术实施例的石墨烯合成设备100通过设置合成炉10，且第一进气口12、第一出气口13和排液口14中的每一者与炉腔11连通。从而使得熔融状态下的金属催化剂可从排液口14进入炉腔11内。加热装置20与炉腔11配合以便能够对炉腔11进行加热，从而使得加热装置20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯合成设备，其特征在于，包括：/n合成炉，所述合成炉具有炉腔、第一进气口、第一出气口和排液口，所述第一进气口、所述第一出气口和所述排液口中的每一者与所述炉腔连通，所述第一出气口位于所述第一进气口的上方，所述排液口在上下方向上位于所述第一出气口与所述第一进气口之间；/n加热装置，所述加热装置与所述炉腔配合以便能够对所述炉腔进行加热；和/n气体喷枪，所述气体喷枪设在所述第一进气口处，以便能够将反应气体通入所述炉腔内。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯合成设备，其特征在于，包括：
合成炉，所述合成炉具有炉腔、第一进气口、第一出气口和排液口，所述第一进气口、所述第一出气口和所述排液口中的每一者与所述炉腔连通，所述第一出气口位于所述第一进气口的上方，所述排液口在上下方向上位于所述第一出气口与所述第一进气口之间；
加热装置，所述加热装置与所述炉腔配合以便能够对所述炉腔进行加热；和
气体喷枪，所述气体喷枪设在所述第一进气口处，以便能够将反应气体通入所述炉腔内。


2.根据权利要求1所述的石墨烯合成设备，其特征在于，还包括：
转动座；
转动轴，所述转动轴的一部分设在所述转动座内，所述转动轴与所述转动座转动连接；和
电机，所述转动轴的一端与所述电机连接，所述转动轴的另一端与所述合成炉连接，以便所述电机通过所述转动轴带动所述合成炉转动，所述排液口位于所述转动轴的上方，所述排液口位于所述转动轴的一侧，可选地，所述第一出气口位于所述合成炉的上端部，所述第一进气口位于所述合成炉的下端部。


3.根据权利要求2所述的石墨烯合成设备，其特征在于，所述合成炉的转动轴线和所述排液口在所述合成炉的周向上间隔90度。


4.根据权利要求2或3所述的石墨烯合成设备，其特征在于，还包括：
承重座；和
承重轴，所述承重轴的一部分设在所述承重座内，所述承重轴与所述承重座转动连接，所述转动轴的一端与所述合成炉连接，所述转动轴的转动轴线与所述承重轴的转动轴线重合。


5.根据权利要求4所述的石墨烯合成设备，其特征在于，所述合成炉由内至外依次包括炉衬和炉壳，所述炉衬由耐热材料制成，所述加热装置设在所述炉衬和炉壳之间。


6.根据权利要求5所述的石墨烯合成设备，其特征在于，还包括旋转烟道，所述旋转烟道设在所述合成炉上，所述旋转烟道包括第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李栋，曹珂菲，郝小红，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11