本发明专利技术涉及一种电脉冲高温制备石墨烯的方法及其装置，方法包括以下步骤：将含碳粉末装入反应导管内；将导电电极顶靠所述金属丝团从而压紧所述含碳粉末；驱动所述导电电极在1ms－100kms的电脉冲期间导电，使所述金属丝团和所述含碳粉末产热并达到1500K～3500K，制得石墨烯。装置包括：反应导管；金属丝团；导电电极；储能电路；控制电路，以及包括若干工位，一个工位用于向所述反应导管中导入含碳粉末，一个工位用于在所述反应导管的两端放入金属丝团，一个工位用于将导电电极顶靠所述金属丝团，一个工位用于测量所述金属丝团和所述含碳粉末的总电阻R，其中一个工位用于驱动所述控制电路使其开始工作。制电路使其开始工作。制电路使其开始工作。
【技术实现步骤摘要】
一种电脉冲高温制备石墨烯的方法及其装置
[0001]本专利技术涉及石墨烯制备领域，具体指有一种电脉冲高温制备石墨烯的方法及其装置。
技术介绍
[0002]石墨烯(Graphene)是一种以Sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，其优异的光学、电学、力学、热学特性，被认为是一种未来革命性的材料。
[0003]但石墨烯的制备一直以来是制约石墨烯发展的技术关键。现有市面上制备石墨烯已有一系列的物理方法和化学方法，但存在制备缓慢、制备量少、性能不稳定等难题，制备设备和生产工艺较复杂，单一性差，制备成本较高、价格较贵，难以满足大规模市场需求。
[0004]针对上述的现有技术存在的问题设计一种电脉冲高温制备石墨烯的方法及其装置是本专利技术研究的目的。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术在于提供一种电脉冲高温制备石墨烯的方法及其装置，能够有效解决上述现有技术存在的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种电脉冲高温制备石墨烯的方法，包括以下步骤：
[0008]将含碳粉末装入反应导管内；
[0009]在所述反应导管的两端放入金属丝团或石墨棒从而定位所述含碳粉末于所述反应导管的中部；
[0010]将导电电极顶靠所述金属丝团从而压紧所述含碳粉末；
[0011]驱动所述导电电极在1ms－100kms的电脉冲期间导电，使所述金属丝团和所述含碳粉末产热并达到1500K～3500K，制得石墨烯。
[0012]进一步地，用石墨棒替代所述金属丝团。
[0013]进一步地，所述驱动所述导电电极在1ms－100kms的电脉冲期间导电，使所述金属丝团和所述含碳粉末产热并达到1500K～3500K包括：
[0014]对储能电路进行储能；
[0015]在1ms－100kms的电脉冲期间，导通所述储能电路和所述导电电极；
[0016]使所述金属丝团和所述含碳粉末接受所述储能电路中所储存的电能从而产热并达到1500K～3500K。
[0017]进一步地，所述储能电路包含电容组，所述对储能电路进行储能包括：
[0018]将所述电容组接入电压源，调节电压源的电压使所述电容组升压并储能。
[0019]进一步地，所述对储能电路进行储能包括：
[0020]测量所述含碳粉末和金属丝团或石墨棒的总电阻R，根据所述总电阻R计算所述储能电路需要的储能量Q，根据储能量Q对所述储能电路进行储能。
[0021]进一步地，若所述含碳粉末为高阻值材料，所述将含碳粉末装入反应导管内之前，包括以下步骤：
[0022]将导电碳粉与所述含碳粉末均匀混合。
[0023]进一步地，所述导电碳粉占所述含碳粉末和所述导电碳粉总质量的10－90％。
[0024]进一步提供一种电脉冲高温制备石墨烯的装置，包括：
[0025]反应导管，所述反应导管用于容纳含碳粉末；
[0026]金属丝团，数量为两个，放置于所述反应导管内；
[0027]导电电极，数量为两个，分别从所述反应导管的两端伸入并顶靠在相应的金属丝团；
[0028]储能电路，连接至所述导电电极；
[0029]控制电路，用于发出1ms－100kms的电脉冲，使所述储能电路与所述导电电极连通，进而在1ms－100kms的电脉冲期间使所述金属丝团和所述含碳粉末产热并达到1500K～3500K。
[0030]进一步地，包括若干工位，其中一个工位用于向所述反应导管中导入含碳粉末，其中一个工位用于在所述反应导管的两端放入金属丝团从而定位所述含碳粉末于所述反应导管的中部，其中一个工位用于将导电电极顶靠所述金属丝团从而压紧所述含碳粉末，其中一个工位用于测量所述金属丝团和所述含碳粉末的总电阻R，其中一个工位用于驱动所述控制电路使其开始工作。
[0031]进一步地，所述控制电路包括定时器和开关，所述定时器连接所述开关，所述定时器用于定时1ms－100kms使得所述开关闭合1ms－100kms。
[0032]因此，本专利技术提供以下的效果和/或优点：
[0033](1)本专利技术提供的方法生产耗时短：放电使碳源和金属丝团作为发热源，在极短的时间内达到1500K－3500K的温度，就可将非晶碳转化为涡轮堆叠的石墨烯，从而简化了制备流程，解决了石墨烯产业化的一个痛点。
[0034](2)流程绿色且环保：生产过程中不释放对环境产生有害气体，属于是一种绿色、环保、快捷的技术。
[0035](3)降低了石墨烯的生产成本：目前石墨烯价格昂贵，而本项目中，对石墨烯的制备技术，可实现将任何来源的碳，无论是石油焦碳、煤炭、碳黑、食品废弃物、橡胶轮胎还是塑料垃圾，在不到极短的时间内变成石墨烯，并实现制备。
[0036](4)本申请提供的方法合成过程中不使用熔炉，不需要溶剂、反应气体，极大的降低了生产成本。
[0037](5)本申请提供的方法可以提高石墨烯纯度，提升石墨烯表征特性：当使用高碳含量碳源时，如炭黑、无烟煤或焦炭，FG产率在80％－90％之间，碳纯度大于99％，无需净化步骤。
[0038](6)本申请提供的方法，可以使用任意碳源，改变了现有技术只能通过碳粉进行制备的缺陷，可以降低采用的原材料的价格，从而降低生产成本。
[0039]应当明白，本专利技术的上文的概述和下面的详细说明是示例性和解释性的，并且意在提供对如要求保护的本专利技术的进一步的解释。
附图说明
[0040]图1为本专利技术提供的方法的流程示意图。
[0041]图2为本专利技术提供的方法的步骤S1示意图。
[0042]图3为本专利技术提供的方法的步骤S2示意图。
[0043]图4为本专利技术提供的方法的步骤S3示意图。
[0044]图5为本专利技术提供的方法的步骤S4示意图。
[0045]图6为本专利技术提供的石墨烯制备装置的结构示意图。
[0046]图7为本申请的实验数据图。
[0047]图8为储能电路的电路图。
具体实施方式
[0048]为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本专利技术的结构作进一步详细描述：应了解到，在本实施例中所提及的步骤，除特别说明其顺序的，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。
[0049]参考图1，一种电脉冲高温制备石墨烯的方法，包括以下步骤：
[0050]S1，将含碳粉末2装入反应导管1内；
[0051]如图2所示，本步骤中，含碳粉末2可以是还有碳元素的任意材料进行研磨后得到的粉末，例如可以是碳粉、塑料、木材等，在此不做限定。反应导管1为不导电且耐高温的材料支撑，可以是例如玻璃等制成的容器，同时，为了满足后续步骤的要求，反应导管1可以是圆筒形状，亦可以横截面是方形、矩形的，其两端为开口，中间位置可以用于容纳含碳粉末2。
[0052]S2，在所述反应导管1的两端放入金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电脉冲高温制备石墨烯的方法，其特征在于：包括以下步骤：将含碳粉末装入反应导管内；在所述反应导管的两端放入金属丝团从而定位所述含碳粉末于所述反应导管的中部；将导电电极顶靠所述金属丝团从而压紧所述含碳粉末；驱动所述导电电极在1ms－100kms的电脉冲期间导电，使所述金属丝团和所述含碳粉末产热并达到1500K～3500K，制得石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种电脉冲高温制备石墨烯的方法，其特征在于：用石墨棒替代所述金属丝团。3.根据权利要求1或2所述的一种电脉冲高温制备石墨烯的方法，其特征在于：所述驱动所述导电电极在1ms－100kms的电脉冲期间导电，使所述金属丝团和所述含碳粉末产热并达到1500K～3500K包括：对储能电路进行储能；在1ms－100kms的电脉冲期间，导通所述储能电路和所述导电电极；使所述金属丝团和所述含碳粉末接受所述储能电路中所储存的电能从而产热并达到1500K～3500K。4.根据权利要求3所述的一种电脉冲高温制备石墨烯的方法，其特征在于：所述储能电路包含电容组，所述对储能电路进行储能包括：将所述电容组接入电压源，调节电压源的电压使所述电容组升压并储能。5.根据权利要求3所述的一种电脉冲高温制备石墨烯的方法，其特征在于：所述对储能电路进行储能包括：测量所述含碳粉末和金属丝团或所述含碳粉末和石墨棒的总电阻R，根据所述总电阻R计算所述储能电路需要的储能量Q，根据储能量Q对所述储能电路进行储能。6.根据权利要求1所述的一种电脉冲高温制备石墨烯的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志明，陈珍姗，邱绍杰，刘锦，廖尚烨，杨龙杰，彭刘钰，
申请(专利权)人：王志明陈珍姗，
类型：发明
国别省市：
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