一种石墨烯加工设备及其加工方法与流程

本发明涉及一种石墨烯加工设备及其加工方法。

背景技术：

石墨烯是目前高端电子元件中常用的材料，虽然，加工石墨烯的原材料为价格较低的石墨材料，但是，由于现有的石墨烯是通过石墨材料采用化学加工的方式所产生，生产过程中化学材料及对化学材料进行后期处理的成本占非常大的一部分，以致石墨烯的价格在几十元至几百元一克。石墨烯一般分为单层石墨烯（1-2层）、少层石墨烯（2-10层）和厚层石墨烯（11层-10nm），其对应的价格也是由高至低；以目前少层石墨烯为例，其价格在200-250元/克，正因这么高的价格，以致其推广发展受到阻碍。

技术实现要素：

本发明的一目的在于提供一种结构简单、合理，易于实现、成本低的石墨烯加工设备，以克服现有技术的不足。

本发明的一目的是这样实现的：

一种石墨烯加工设备，包括高压射流机，高压射流机设有入料口和射流出口，其特征在于：还包括收集箱和硬质件，硬质件设置在收集箱内，所述射流出口与收集箱内部连通、并指向硬质件，硬质件与射流出口之间隔开一定的距离。高压射流机具有空气压缩机部分和高压出气管，入料口设置在高压出气管一侧，高压出气管的外端为射流出口，高压空气从高压出气管射出的过程中导致入料口产生负压（文丘里效应），即可将入料口处物料吸入至高压出气管内、并裹着高压空气经射流出口高速射向硬质件。

本发明的一目的还可以采用以下技术措施解决：

作为更具体的一种方案，所述硬质件为陶瓷板，射流出口与陶瓷板垂直。陶瓷板硬度高，价格便宜，所以，优选其作为硬质件；通过将射流出口垂直正对陶瓷板，使得从射流口射出的物质（鳞片石墨）可以近乎垂直的状态与陶瓷板撞击，其惯量得以充分利用，优化其撞击后剥离的效果。

作为进一步的方案，所述硬质件与射流出口之间的距离为250mm-350mm。

作为进一步的方案，所述收集箱内设有滤网，滤网将收集箱内部分隔出上层和下层，硬质件位于上层，射流出口通向上层。

本发明的另一目的在于提供一种采用物理加工、并且加工容易的石墨烯加工方法，以克服现有技术的不足。

本发明的一目的是这样实现的：

一种石墨烯加工方法，其特征在于：选用纯度为99%以上的鳞片石墨，并将所述鳞片石墨分散在水中，形成混合液；然后将所述混合液配以一定的速度压力向硬质件撞击，使得混合液中鳞片石墨层与层之间剥离，形成石墨片。

本发明的一目的还可以采用以下技术措施解决：

作为更具体的一种方案，鳞片石墨的纯度为99.9%以上，使得制备出来的石墨烯纯度更高。

作为进一步的方案，水为去离子水。

作为进一步的方案，鳞片石墨为5-15份，去离子水为85-95份（优选是鳞片石墨为10份，去离子水为90份）。去离子水可以消除鳞片石墨之间的静电，使得鳞片石墨尽可能均匀散布在去离子水中。而且，去离子水不会对鳞片石墨造成污染，确保鳞片石墨的纯度。通过将鳞片石墨和去离子水合理配比，可以减少其与硬质件撞击后形成团聚的几率。

所述混合液的速度为300m/s-340m/s，混合液的压力为0.63mpa-0.8mpa。

所述混合液经高压射流机的射流出口射出，射流出口与陶瓷板的距离为250mm-350mm。

本发明的有益效果如下：

（1）此款石墨烯加工设备利用高压射流机给制造石墨烯的原材料鳞片石墨提供高速喷射的动力，另外，还设置用于应对鳞片石墨高速撞击的硬质件，使得高速鳞片石墨与硬质件撞击时其结构中的层与层之间剥离，即可产生出石墨烯；

（2）此款石墨烯加工方法是通过物理方式使得鳞片石墨均匀散布在水（尤其是去离子水）中，然后通过与硬质件高速撞击的方式使中的鳞片石墨剥离，产生出石墨烯，该生产过程属于物理现象，无污染，低成本。

附图说明

图1为本发明石墨烯加工设备一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1所示，一种石墨烯加工设备，包括高压射流机1，高压射流机1设有入料口11和射流出口12，还包括收集箱3和硬质件4，硬质件4设置在收集箱3内，所述射流出口12与收集箱3内部连通、并指向硬质件，硬质件与射流出口12之间隔开一定的距离d。入料口11与容器2连通。

所述硬质件为陶瓷板，射流出口12与陶瓷板垂直。

所述硬质件与射流出口12之间的距离为300mm。

所述收集箱3内设有滤网5，滤网5将收集箱3内部分隔出上层31和下层32，硬质件位于上层31，射流出口12通向上层31。

一种石墨烯加工方法，选用纯度为99.9%以上的鳞片石墨与去离子水以1:9的比例均匀搅拌形成混合液a；混合液装在在容器中、并与高压射流机1的入料口11连通，高压射流机1产生高速高压的气流b，气流b裹着混合液a以300m/s-340m/s的速度和0.63mpa-0.8mpa的压力沿c箭头撞向硬质件4，使得混合液中鳞片石墨层与层之间剥离，从而产生出石墨烯。石墨烯位于收集箱3的上层31，大部分的水落入到收集箱3的下层32。

上述产生出来的石墨烯在撞击过程中可能出现团聚，以及剥离效果不统一，以致出现单层石墨烯、少层石墨烯和厚层石墨烯，并且，这些石墨烯混合在一起，需要将石墨烯至少分成上述三个种类。

作为进一步的方案，将上述石墨烯加工方法产生出来的石墨烯（以下称为“石墨烯初料”）放入无水乙醇中，石墨烯初料在无水乙醇中进行布朗运动时，形成上层石墨烯、中层石墨烯和下层石墨烯，通过滤网从无水乙醇中捞取上层石墨烯和中层石墨烯，最后对捞取的石墨烯进行干燥处理，获得石墨烯粉。

石墨烯初料与无水乙醇的比例为1:9。

干燥处理为冷冻干燥处理或低温真空干燥处理。

作为进一步的方案，对未捞取的下层石墨烯从无水乙醇中过滤出来；然后再配以一定分量的去离子水，形成混合液；最后将所述混合液配以一定的速度压力向硬质件撞击，使得混合液中大部分鳞片石墨层与层之间剥离，从而产生出所述石墨烯初料，并重复上述操作，进一步将其转换成石墨烯粉。

最后，采用分散工艺，将石墨烯粉高速穿过特定的滤网分散得出少层石墨烯粉和/或单层石墨烯粉。

具体是：将石墨烯粉裹夹气压为0.8mpa的超音速气流吹向滤网，滤网背风侧可获得所述少层石墨烯粉和/或单层石墨烯粉。

石墨烯粉利用气体分散机在拉瓦尔喷枪作用吹向滤网，气体分散机用于产生高压气体，拉瓦尔喷枪的进气口与气体分散机连接，拉瓦尔喷枪的进料口与装有石墨烯粉的罐体连接，拉瓦尔喷枪的出气口与滤网之间距离为10mm-15mm。

为了进一步确认经分散后的石墨烯粉是否为少层石墨烯粉（或者少层以下的石墨烯粉），一般会对其进行抽检，透过显微镜1观察石墨烯的布朗运动势态判断其为少层或以下的石墨烯还是厚层石墨烯。

具体是将1:9的石墨烯6与无水乙醇5放入所述容器7中，摄像头2透过显微镜1观察容器7的石墨烯布朗运动的势态，并将拍摄的影像传送至图像识别系统3，图像识别系统3数据库中图片数据与拍摄的影像进行比对，从而判断出检验的石墨烯是否属于少层石墨烯（或者少层以下石墨烯）的级别。如果没有达到该级别，对应该批次的石墨烯需要重复分散。