一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置，包括容器、鉑絲固定板、膨脹石墨蠕蟲餅、弱酸電解液、電源、導(dǎo)電金屬網(wǎng)和若干鉑絲，膨脹石墨蠕蟲餅嵌裝在容器的底部，容器內(nèi)充滿弱酸電解液，鉑絲固定板的內(nèi)表面豎直焊有若干鉑絲。本發(fā)明專利技術(shù)主要利用了電解的原理，通過導(dǎo)電金屬網(wǎng)對膨脹石墨蠕蟲餅的不斷電解，使得膨脹石墨被逐層剝離在電解液中，再經(jīng)過鉑絲的不斷電解，使膨脹石墨蠕蟲得到了充分的電解剝離，電解完成后清洗過濾烘干就得到了所需的石墨烯。

Device for preparing graphene by using platinum wire and graphite cake

The invention relates to a device using platinum wire and graphite cake to prepare graphene, which comprises a container and a platinum wire fixing plate, expanded graphite cake, weak acid electrolyte, power supply, and a plurality of conductive metal mesh platinum wire, expanded graphite cake is embedded in the bottom of the container, the container is filled with weak acid electrolyte, the inner surface the vertical fixed plate welding of platinum wire of platinum wire. The invention mainly uses the principle of electrolysis, the conductive metal mesh of expanded graphite cake made of expanded graphite by continuous electrolysis, peeling off in the electrolyte, and then after platinum wire continuous electrolysis, the expanded graphite has been fully electrolysis, electrolytic cleaning after filtering and drying the obtained graphene required.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置
本專利技術(shù)屬于石墨烯制備
，具體涉及一種利用鉑絲制備石墨烯的裝置及方法。
技術(shù)介紹
石墨烯是從天然石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的的二維晶體。石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機(jī)。用石墨烯取代硅，計算機(jī)處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為″黑金″，是″新材料之王″，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將″徹底改變21世紀(jì)″。現(xiàn)有技術(shù)中，天然石墨烯的制備方法主要有兩種：機(jī)械方法和化學(xué)方法。機(jī)械方法包括機(jī)械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法，化學(xué)方法主要是是化學(xué)還原法與化學(xué)解離法。最普通的是微機(jī)械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。2004年Novoselovt等用這種方法制備出了單層石墨烯，并可以在外界環(huán)境下穩(wěn)定存在。典型制備方法是用另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進(jìn)行摩擦，體相石墨的表面會產(chǎn)生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。但缺點是此法是利用摩擦石墨表面獲得的薄片來篩選出單層的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，無法可靠地制造長度足供應(yīng)用的石墨薄片樣本。取向附生法是利用生長基質(zhì)原子結(jié)構(gòu)“種”出石墨烯，首先讓碳原子在1150℃下滲入釕，然后冷卻，冷卻到850℃后，之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子“孤島”布滿了整個基質(zhì)表面，最終它們可長成完整的一層石墨烯。第一層覆蓋80％后，第二層開始生長。底層的石墨烯會與釕產(chǎn)生強(qiáng)烈的交互作用，而第二層后就幾乎與釕完全分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片表現(xiàn)令人滿意。但采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質(zhì)之間的黏合會影響碳層的特性。化學(xué)還原法是將氧化石墨與水以1mg/mL的比例混合，用超聲波振蕩至溶液清晰無顆粒狀物質(zhì)，加入適量肼在100℃回流24h，產(chǎn)生黑色顆粒狀沉淀，過濾、烘干即得石墨烯。。化學(xué)解離法是將氧化石墨通過熱還原的方法制備石墨烯的方法，氧化石墨層間的含氧官能團(tuán)在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)。其中，電解法是最常用的制備石墨烯的方法，但是存在石墨烯產(chǎn)量過低，純度不高的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決現(xiàn)有石墨烯制備技術(shù)中，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，石墨烯純度較低的問題，進(jìn)而提供一種制備石墨烯的裝置及方法。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置，所述裝置包括容器1、鉑絲固定板2、膨脹石墨蠕蟲餅4、弱酸電解液5、電源6、導(dǎo)電金屬網(wǎng)8和若干鉑絲3，膨脹石墨蠕蟲餅4嵌裝在容器1的底部，容器1內(nèi)充滿弱酸電解液5，鉑絲固定板2的內(nèi)表面豎直焊有若干鉑絲3，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8水平置于弱酸電解液5中，膨脹石墨蠕蟲餅4和鉑絲固定板2均與電源6的正極連接，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8與電源6的負(fù)極連接。進(jìn)一步地，所述鉑絲固定板2用吊架置于容器1上方。進(jìn)一步地，所述膨脹石墨蠕蟲餅4與容器1之間用膠粘連接。進(jìn)一步地，弱酸電解液5為稀草酸或者稀硫酸等弱酸。進(jìn)一步地，容器1的材質(zhì)不導(dǎo)電。進(jìn)一步地，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8一端通過支架固定在容器1的側(cè)壁，另一端通過支架穿過容器1的側(cè)壁接入電源6。本專利技術(shù)還涉及一種利用上述裝置制備石墨烯的方法，包括以下步驟：將膨脹石墨蠕蟲餅4嵌裝在反應(yīng)容器1的底部，再將弱酸電解液5充滿反應(yīng)容器1，然后將鉑絲固定板2用吊架固定在反應(yīng)容器1上方，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8水平置于弱酸電解液5中，將膨脹石墨蠕蟲餅4和鉑絲固定板2與電源6的正極連接，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8與電源6的負(fù)極連接，打開電源6開關(guān)對膨脹石墨蠕蟲餅2進(jìn)行電解，充分電解后，將石墨烯與電解液的混合物取出后清洗過濾，再將過濾得到的石墨烯進(jìn)行超聲破碎烘干，即得到所需石墨烯。進(jìn)一步地，弱酸電解液5為稀草酸或者稀硫酸等弱酸。進(jìn)一步地，電源6的電壓優(yōu)選為3到30伏。本專利技術(shù)具有如下有益效果：本專利技術(shù)主要利用了電解的原理，通過導(dǎo)電金屬網(wǎng)對膨脹石墨蠕蟲餅的不斷電解，使得膨脹石墨被逐層剝離在電解液中，再經(jīng)過鉑絲的不斷電解，使膨脹石墨蠕蟲得到了充分的電解剝離，電解完成后清洗過濾烘干就得到了所需的石墨烯。通過加入導(dǎo)電金屬網(wǎng)，可對膨脹石墨蠕蟲餅和液體中為充分剝離的石墨蠕蟲同時進(jìn)行兩次電解，加強(qiáng)了電解效率。在得到的石墨烯中，單層石墨烯占的比重大，且該方法工藝簡單易安裝。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步說明：參閱圖1，本實施方式的裝置包括容器1、鉑絲固定板2、膨脹石墨蠕蟲餅4、弱酸電解液5、電源6、導(dǎo)電金屬網(wǎng)8和若干鉑絲3，膨脹石墨蠕蟲餅4嵌裝在容器1的底部，容器1內(nèi)充滿弱酸電解液5，鉑絲固定板2的內(nèi)表面豎直焊有若干鉑絲3，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8水平置于弱酸電解液5中，膨脹石墨蠕蟲餅4和鉑絲固定板2均與電源6的正極連接，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8與電源6的負(fù)極連接。鉑絲固定板2用吊架置于容器1上方。膨脹石墨蠕蟲餅4與容器1之間用膠粘連接。導(dǎo)電金屬網(wǎng)8一端通過支架固定在容器1的側(cè)壁，另一端通過支架穿過容器1的側(cè)壁接入電源6。弱酸電解液5優(yōu)選為稀草酸或者稀硫酸等弱酸。反應(yīng)容器1的材質(zhì)不導(dǎo)電，可以優(yōu)選玻璃容器。電源6的電壓優(yōu)選為8到30伏。膨化石墨餅2制備方法如下：取天然鱗片石墨，在不斷攪拌下將其加入硫酸和硝酸的混酸溶液中，再加入高錳酸鉀，控制一定溫度，然后再加入三氯化鐵，攪拌，反應(yīng)一定時間后，離心分離，用稀堿溶液浸洗，水洗至酸性，脫水后高溫干燥即可得膨脹石墨蠕蟲餅。本專利技術(shù)還包括一種利用上裝置制備石墨烯的方法，包括以下步驟：將膨脹石墨蠕蟲餅4嵌裝在反應(yīng)容器1的底部，再將弱酸電解液5充滿反應(yīng)容器1，然后將鉑絲固定板2用吊架固定在反應(yīng)容器1上方，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8水平置于弱酸電解液5中，將膨脹石墨蠕蟲餅4和鉑絲固定板2與電源6的正極連接，導(dǎo)電金屬網(wǎng)8與電源6的負(fù)極連接，打開電源6開關(guān)對膨脹石墨蠕蟲餅2進(jìn)行電解，充分電解后，將石墨烯與電解液的混合物取出后清洗過濾，再將過濾得到的石墨烯進(jìn)行超聲破碎烘干，即得到所需石墨烯。本實施方式的原理：電源6通3到30伏電壓后，鉑絲3通電會使電解液中的膨脹石墨蠕蟲餅7發(fā)生電解，通過加入導(dǎo)電金屬網(wǎng)，可對膨脹石墨蠕蟲餅同時進(jìn)行兩次電解，將其剝離成石墨烯。然后從容器1中倒出弱酸電解液5與石墨烯的混合物，利用過濾裝置對混合物進(jìn)行過濾，利用超聲波對濾出的石墨烯進(jìn)行超聲，利用烘干機(jī)對石墨烯進(jìn)行烘干，完成石墨烯的電解制備。此方法簡單易行且單層石墨烯占比很高。上述內(nèi)容僅為本專利技術(shù)的較佳實施例，并非用于限制本專利技術(shù)的實施方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本專利技術(shù)的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進(jìn)行相應(yīng)的變通或修改，故本專利技術(shù)的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置，其特征在于：所述裝置包括容器(1)、鉑絲固定板(2)、膨脹石墨蠕蟲餅(4)、弱酸電解液(5)、電源(6)、導(dǎo)電金屬網(wǎng)(8)和若干鉑絲(3)，膨脹石墨蠕蟲餅(4)嵌裝在容器(1)的底部，容器(1)內(nèi)充滿弱酸電解液(5)，鉑絲固定板(2)的內(nèi)表面豎直焊有若干鉑絲(3)，導(dǎo)電金屬網(wǎng)(8)水平置于弱酸電解液(5)中，膨脹石墨蠕蟲餅(4)和鉑絲固定板(2)均與電源(6)的正極連接，導(dǎo)電金屬網(wǎng)(8)與電源(6)的負(fù)極連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置，其特征在于：所述裝置包括容器(1)、鉑絲固定板(2)、膨脹石墨蠕蟲餅(4)、弱酸電解液(5)、電源(6)、導(dǎo)電金屬網(wǎng)(8)和若干鉑絲(3)，膨脹石墨蠕蟲餅(4)嵌裝在容器(1)的底部，容器(1)內(nèi)充滿弱酸電解液(5)，鉑絲固定板(2)的內(nèi)表面豎直焊有若干鉑絲(3)，導(dǎo)電金屬網(wǎng)(8)水平置于弱酸電解液(5)中，膨脹石墨蠕蟲餅(4)和鉑絲固定板(2)均與電源(6)的正極連接，導(dǎo)電金屬網(wǎng)(8)與電源(6)的負(fù)極連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置，其特征在于：所述鉑絲固定板(2)用吊架置于容器(1)上方。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置，其特征在于：所述膨脹石墨蠕蟲餅(4)與容器(1)之間用膠粘連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置，其特征在于，弱酸電解液(5)為稀草酸或者稀硫酸等弱酸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用鉑絲和石墨餅制備石墨烯的裝置，其特征在于，容器(1)的材質(zhì)不...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張金玉，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱擺渡新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江,23