一种连续高效生产石墨烯粉体的方法技术

本发明专利技术涉及一种连续高效生产石墨烯粉体的方法，包括如下步骤：将含铜的金属混合物置于坩埚中，将坩埚置于加热炉内，密闭状态下抽真空，通入保护气体至常压，打开排气阀门并持续通入保护气体维持常压，加热金属混合物形成液态金属合金并达到反应温度后，从坩埚的顶部持续通入含有固态碳粉的氮气至液态金属合金内产生气泡使固态碳粉进行溶解

【技术实现步骤摘要】
一种连续高效生产石墨烯粉体的方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯
，具体涉及一种连续高效生产石墨烯粉体的方法。

技术介绍

[0002]目前石墨烯的制备方法有氧化还原法、物理法和CVD法，其中氧化还原法在制备过程中使用的强酸、强氧化剂会对石墨烯的晶体结构造成破坏，还会有大量含强酸、强氧化剂的废液也会对环境造成严重污染；而物理法制备的石墨烯由于层数厚也被称为石墨微片，片径也都很小。而在液态金属中利用CVD方法生长的石墨烯粉体由于缺陷少、层数可控、片径大对下游的应用开发具有重要意义，因此受到越来越多研究者的广泛关注。
[0003]申请号为201911346316.5及申请号为202110500622.0的中国专利技术专利申请中均公开了一种通过使气态碳源进入熔融态的金属催化剂基体中产生气泡，在气泡表面生长石墨烯，当气泡破裂，石墨烯与金属催化剂分离，进而在气流的作用下，石墨烯粉体被携带至粉体收集装置。
[0004]虽然这种方法可连续制备高质量的石墨烯粉体，但是因为使用的是气态碳源，在大规模生产石墨烯粉体时，尾气中必然会有大量的氢气产生，而氢气爆炸极限范围宽，易燃易爆，粉体生长高温反应炉一旦局部气密性不良就有可能引发安全事故。

技术实现思路

[0005]为了解决气态碳源产生潜在安全风险的技术问题，而提供一种连续高效生产石墨烯粉体的方法。本专利技术方法能够连续化生产石墨烯粉体，且工艺过程简单，制得的石墨烯粉体质量较好。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：<br/>[0007]一种连续高效生产石墨烯粉体的方法，包括如下步骤：
[0008]将含铜的金属混合物置于坩埚中，将所述坩埚置于加热炉内，密闭状态下，抽真空将所述加热炉内部空气排净，然后在所述加热炉内通入保护气体恢复至常压，打开排气阀门，维持通入保护气体使加热炉内部环境处于常压状态，加热所述坩埚至其内所述金属混合物形成液态金属合金并达到反应温度后，从所述坩埚的顶部持续通入含有固态碳粉的氮气至所述液态金属合金内产生气泡使固态碳粉进行溶解
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饱和
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气泡表面析出
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石墨烯生长，当气泡上升到液态金属合金的液面后气泡破裂，产生的石墨烯粉体随氮气气流排出并被收集获得石墨烯粉体产品；所述固态碳粉为焦炭、炭黑、石墨中的一种或多种。
[0009]溶解
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饱和
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析出反应过程中：从坩埚顶部持续通入含有固态碳粉的氮气至液态金属合金内并产生大量气泡，固态碳粉在液态金属合金内上浮的过程中逐渐溶解并在其中达到饱和后，于气泡表面析出进而生长形成石墨烯，当气泡上升到液面后气泡破裂，石墨烯粉体随氮气气流进入收集装置，最后获得石墨烯粉体产品。
[0010]进一步地，所述含铜的金属混合物中铜含量占比95wt％以上；
[0011]所述保护气为氮气、氦气、氩气中的一种；
[0012]优选地，所述石墨为天然石墨、人工石墨、膨胀石墨中的一种或多种；
[0013]所述含铜的金属混合物中还包括铁和/或镍。
[0014]再进一步地，所述固态碳粉的粉末直径D90为0.5
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50μm。
[0015]进一步地，所述液态金属占所述坩埚至少50％的容积量，优选为至少60％的容积量。
[0016]进一步地，所述反应温度为1200
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1500℃。
[0017]进一步地，所述固态碳粉的流量为5
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30g/min，所述氮气的流量为50
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200L/min。
[0018]有益技术效果：
[0019]本专利技术通过选用对固态碳粉溶解度较大的含95wt％以上铜的金属合金作为催化剂，对其加热形成液态金属合金并达到石墨烯生长温度，从坩埚的顶部通入含固态碳粉的氮气产生气泡进行溶解
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饱和
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气泡表面析出
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石墨烯生长的过程，具体是：固态碳粉在液态金属合金内上浮的过程中逐渐溶解，并在其中达到饱和后，于气泡表面析出进而生长形成石墨烯，当气泡上升到液面后气泡破裂，石墨烯粉体随氮气气流收集得到石墨烯粉体产品。本专利技术方法获得的石墨烯粉体质量较高、缺陷较少，I
D
/I
G
≤0.2，且纯度在98wt％以上，作为导电添加剂制成复合材料薄膜，添加量在5wt％的PDMS/石墨烯复合薄膜其电阻率不超过1.5Ω
·
cm，在添加量少的情况下即具有较好的导电性。
[0020]本专利技术使用含碳量高且不含杂原子的固态碳粉作为石墨烯粉体生长的前驱体，因此在液态金属合金中不会发生如气态碳源裂解脱氢反应，因此不会出现进气管口积碳堵塞的问题，可以长时间连续化生产石墨烯粉体；同时还可以避免气态碳源裂解反应副产物焦油将金属粉末粘附于石墨烯粉体表面，必须要经过化学提纯才能得到高纯石墨烯粉体的问题。
[0021]另外，本专利技术工艺过程更简便，反应产物中不会产生氢气，具有较高的生产安全性。
附图说明
[0022]图1为实施例1的石墨烯粉体产品与其原材料炭黑粉体的拉曼光谱。
[0023]图2为实施例1和对比例1的石墨烯粉体产品的TEM图，A代表实施例1，B代表对比例1。
[0024]图3为对比例1的石墨烯粉体产品的拉曼光谱。
[0025]图4为对比例2a产物粉体及其原材料天然石墨的拉曼光谱图。
[0026]图5为对比例2a产物粉体及其原材料天然石墨的TEM图，其中a代表产物，b代表原材料。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术的实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本专利技术的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0029]以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。
[0030]实施例1
[0031]一种连续高效生产石墨烯粉体的方法，具体包括如下步骤：
[0032]将纯铜和纯镍按照质量百分比96％:4％的比例混合置于石墨坩埚中，金属混合物加入的量是使其熔化后的液态合金占石墨坩埚容积的60％，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续高效生产石墨烯粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：将含铜的金属混合物置于坩埚中，将所述坩埚置于加热炉内，密闭状态下抽真空，通入保护气体至常压，打开排气阀门并持续通入保护气体维持常压，加热所述坩埚至其内所述金属混合物形成液态金属合金并达到反应温度后，从所述坩埚的顶部持续通入含有固态碳粉的氮气至所述液态金属合金内产生气泡使固态碳粉进行溶解
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饱和
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气泡表面析出
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石墨烯生长，当气泡上升到液态金属合金的液面后气泡破裂，产生的石墨烯粉体随氮气气流排出并被收集获得石墨烯粉体产品；所述固态碳粉为焦炭、炭黑、石墨中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种连续高效生产石墨烯粉体的方法，其特征在于，所述含铜的金属混合物中铜含量占比95wt％以上；所述保护气为氮气、氦气、氩气中的一种。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王增奎，郭冰，
申请(专利权)人：江苏江南烯元石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：