《机械物理法石墨烯制备工艺设计（论文）11000字》

机械物理法石墨烯制备工艺设计1.绪论 .绪论1.1研究背景石墨烯的巨大应用前景带动了其制备方法的研究。自2004年K.S.Novoselov和A.K.Geim使用胶带剥离方法得到石墨烯以来，石墨烯的制备方法研究呈现百花齐放的状态，科学家们尝试各种物理和化学的方法来大规模制备石墨烯，试图使这一材料能够得到广泛应用。然而，目前大多数科学家获取石墨烯实验材料的主要方法仍是Novoselov和Geim当时所使用的胶带剥离方法。石墨烯的工业化大规模生产仍面临着巨大挑战。目前，通过控制机械一化学力学方法制备石墨烯是所有石墨烯制备方法中研究热度最高的方法之一，这种方法是通过机械力学和化学力学的综合作用使石墨片剥离从而获得石墨烯，并使石墨烯在液相环境中稳定存在。然而，这类方法面临的巨大挑战是制备石墨烯过程的力学机理模糊、剥离并完整地保持二维晶体结构困难、机械剥离力学和化学力学的“纳米级”能量控制难以实现等。由于以上原因，石墨片在机械剥离过程中的效率和质量还不能够达到100%的理想状况。1.2研究意义深入研究石墨烯的制备和应用技术，有利于我国碳材料产业结构调整，向高附加值，低能耗的新材料方向发展，更有利于我国新能源产业的发展，石墨烯的制备和性能研究具有前瞻性和良好的应用前景。研究和探索石墨烯性能及应用的基础是石墨烯的合理制备方案。尽管目前已经报道有多种制备石墨烯的方法，包括氧化还原法、化学气相沉积法、机械剥离法、液相剥离法等，仍然需要进一步提升解决高质量石墨烯的批量生产问题。研究出具备成本低、环保、性能高和可以批量制备的优点的石墨烯制备方法对实其观法应用具有重要的意义。2.相关概述2.1石墨烯概述石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子层结构构成的理想结构，由这种单层二维蜂窝网状晶格紧密堆积成。理论上石墨烯可以看作是理想单层石墨结构，人们对这种理想的结构己经探索了很长时间，理论上这种单层sp2杂化结构具有非常出众的力学、光学、热学性能。制备单层石墨烯结构的理想方法之一是从石墨的碳平面中插入化学物质，以期石墨结构发生分层从而剥离出单层石墨烯。在1962年，Boehm等先后对石墨粉进行热分解处理和氧化还原处理，成功从石墨结构中剥离出薄层石墨。但是能在标准大气压下稳定存在的单层石墨烯一直到2004年才被发现。曼彻斯特大学的Geim教授和他的同事首次证实了单层石墨烯的存在。他们通过一个简单的实验，先从高定向热解石墨中制备出石墨薄片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，再撕开胶带就可将石墨片一分为二，连续不断地重复此操作，这些石墨薄片将变得越来越薄，最后他们得到了仅由单层碳原子构成的石墨薄片，这就是石墨烯(Graphene)。2.2石墨烯性能2.2.1电学性能石墨烯是一种非常稳定的二维层状结构纳米材料，当对其施加外部作用力时，碳原子面就弯曲变形，从而避免因原子重排而造成的结构变形。石墨烯优异的导电性同样也来源于这种结构。这种稳定的二维晶格结构使得电子在石墨烯平面上移动时，不会因晶格缺陷与外来杂质原子碰撞而发生散射。石墨烯中，每个C原子均有四个价电子，其中三个电子在平面内与相邻C原子成键，形成sp2杂化，Pz轨道的π电子在与平面垂直的方向，作为自由电子在晶体中自由移动，从而使石墨烯具有优异的导电性。石墨烯独有的能带结构可以分离电子和空穴，进而产生分数量子霍尔效应和半整数量子霍尔效应;同时，由于电子的运动收到石墨烯独特二维平面的限制，在室温下也可以观测到量子霍尔效应。在对石墨烯施加门电压状态下，电荷可在电子和空穴间连续调谐，因而具有双极性电场效应。这种独特稳定的电子结构和载流子特性使石墨烯材料具有优良的导电性能，电子在石墨烯中的运动速度远远超过了在一般导体中的运动速度，达到了光速的三百分之一。因此对石墨烯导电器件的研究复合当今社会对更加轻薄、导电能力更突出的新一代电子元器件的追求;此外又因为石墨烯同样具备良好的透光性能，在透明导电薄膜、太阳能电池板、手机触屏等领域同样有着深远的研究价值。2.2.2力学性质石墨烯具有优异的力学性能源于其独特的原子结构，其平面晶体结构有sp2杂化的碳原子构成，结构完整稳定。石墨烯是目前世界上已经发现最硬的材料之一，其强度甚至超过最好的钢铁材料100倍。等将石墨烯微粒固定在表面钻有为空的晶体薄板上，利用原子力显微镜对其施加压力观测得到单层石墨烯的本征强度和模量分别为125GPa和1100GPa。如果把石墨烯薄层制成普通塑料袋厚度的薄膜(其厚度在100nm左右)，可以承受高达20000N的压力。对其力学性能的研究在新型结构材料中具有不可忽视的应用潜力。2.2.3其他性质在光学领域方面石墨烯具有极高的透光性，单层石墨烯对可见光的透过率高达97.7%，其高透光性和高导电率的双重优良特性使其在透明导电电极方面的应用前景不可估量。在热学领域方面石墨烯的热导率同样极为出色，加州大学研究员应用拉曼光谱偏移测量方法测出在室温下单层石墨烯热导率高达4840W/mK，与同属纳米碳材料的碳纳米管相比导热能力得到显著的提高，因此在导热材料领域同样具有巨大的应用潜力。2.3石墨烯制备方法在目前的石墨烯研究中，寻找一种高质量石墨烯的批量制备方法仍然是重中之重。现阶段石墨烯的制备方法主要分为物理法和化学法两大类。物理方法包括微机械剥离法、激发剥离以及新兴的液相剥离法;化学法主要包括化学气相沉积(CVD)法和氧化还原法等。2.3.1物理法微机械剥离法:2004年，Geirn等首次成功使用微机械剥离法，从高定向热裂解石墨上剥离并观测到单层石墨烯。这种方法又称胶带法，其特点是对石墨进行热解处理以后粘到透明胶带上，使用胶带反复撕扯从而人工制备出单层石墨烯。使用这种方法可以在理论上制备出缺陷最少、晶相结构最完整的单层石墨烯，但其生产效率低和成本较高，很难满足当代社会规模工业化的生产要求。激发剥离:利用高能激光束对石墨进行局部高能照射，石墨片层因高温分解从而分离出单层或低层石墨烯结构。激发剥离法制备石墨烯速度快且缺陷少，但是生产成本高且难以大尺寸制备石墨烯，工业化应用前景不高。2.3.2化学法化学气相沉积法:化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,CVD)技术是指在气相状态下，通过原子、分子之间的化学反应以及气体流动在基体表面生成固态薄膜的技术。CVD法(化学气相沉积法)同样可以应用于制备石墨烯。在高温下(1000℃以上)，以铜、镍或铂等金属作为生长基底，通入反应炉内的甲烷、乙炔等碳源气体因高温发生分解，游离的碳原子沉积在金属基底表面从而形成二维石墨烯。使用PMMA包覆湿法等转移方法可以将CVD法制备的石墨烯转移至其他基底上(比如玻璃及硅片)，从而可以分离出单层或三维石墨烯从而制备高精尖电子器件。CVD法的优点是可以大面积制备出无缺陷、高质量的石墨烯，缺点是受限于制备仪器，对于是石墨烯成产规模以及生产成本有较大限制。氧化还原法：氧化还原法是利用化学氧化与还原反应机理对鳞片石墨片层结构进行化学插层从而分离出低层石墨烯结构，分为氧化阶段和还原阶段。使用氧化还原法制备石墨烯，其最大的优点是成本低廉、操作简单，是目前成熟的石墨烯制备方案中最容易实现大规模生产方法。目前广西大学正在建设中的实验预计基地可年产15吨粉体石墨烯。其缺点是在还原过程中，因为化学基团的大量引入和去除，石墨烯单层晶体电子结构受到严重的破坏，其表面缺陷较多，导电能力受到一定程度的影响，从而限制了氧化还原石墨烯在高新电子产业的应用。但另一方面因为氧化还原石墨烯具有大比表面积、缺陷较多的特性，在同其他物质发生复合时提供了反应的据点，因此可作为负载其他金属或金属氧化物纳米粒子的理想载体。氧化石墨烯表面的基团同样也为其同其他化合物复合提供了基础。2.3.3液相剥离法液相剥离法是近年来新兴起的石墨烯制备方法，其特点是将石墨粉混合与液相溶剂中，使用诸如超声波、研磨等物理外力作用对其进行局部高能震荡从而剥离出单层石墨烯。因为在分子结构上石墨烯可以看做单层石墨片层，而片层之间有范德华力相结合，因此施加物理外力作用可以抵消掉范德华力从而使单层石墨烯剥离下来。（1）研磨剥离利用球磨等粉末研磨技术对石墨粉进行研磨，从而制备出低层石墨烯的方法。Zhao等将石墨片混合在二甲基甲酞胺分散介质中，利用球磨机辅助研磨从而剥离出单层和少层石墨烯纳米片。研究表明研磨制备出的石墨烯纳米片其电导率约1.2*103S/m，在室温下具有较高的导电率，这种制备方法简单易重复，适合大规模的生产;（2）超声剥离超声剥离是液相剥离法制备石墨烯中最为常用的一种方法，主要特点是利用高能超声震荡分离出石墨烯纳米片。2008年，Coleman等使用甲基毗咯烷酮(NMP)作为辅助溶剂混合一定量石墨粉，超声处30min后离心提取分散良好的粉末即获得高质量的石墨烯。通过TEM,XPS等方法表征，证实该方法得到单层和少层(n<5)石墨烯，并且制备的石墨烯缺陷较少，具备电学应用价值;（3）水射流剥离水射流是一种物料粉碎技术，利用高速喷射的水流对物料进行高能冲击从而剥离出小颗粒。对石墨粉末进行高速水流喷射剥离同样理论上可以剥离出石墨烯;（4）剪切剥离法剪切剥离法是利用乳化机等对混有石墨粉的试剂进行高速剪切处理，利用其产生的高速剪切力将单层石墨烯剥离开来。2012年KeithR.Paton等首次利用剪切剥离法制备出石墨烯结构纳米片，Raman,TEM等测试证实了样品符合低层石墨烯结构。利用剪切法制备石墨烯，其制备方法简单并且耗能相对较低，适合石墨烯的大规模产业化发展。3.机械物理法石墨烯制备工艺设计3.1引言石墨烯由于具有优良的强度、导电、导热、光学性能，受到了各界越来越广泛的关注。在广大高校的教学工作中，有关石墨烯的教学研究同样得到重视，与石墨烯相关的各类实验课相继开展。优良石墨烯器件的制备对于高校科学教育工作的展开具有深远的意义。在石墨烯的教学研究工作中，最主要的制约因素的石墨烯原料的大批量、高质量宏观制备。目前实验室中石墨烯的主要制备方法有氧化还原法和化学气相沉积法。两种制备方法都有各自的优点和缺点。氧化还原法制备石墨烯是利用氧化剂在石墨间插层的方式将石墨烯剥离，其优点是可以在实验室范围内大规模制备石墨烯，但是这种方法制备出的石墨烯缺陷较多，对石墨烯的电学、热学等性能有比较严重的制约。化学气相沉积法制备石墨烯则是将碳的小分子在金属箔片上沉积从而制备出单层石墨烯。其优点是制备出的石墨烯缺陷少，性能较好，但是单次制备的石墨烯量很少，且单次制备时间较长。除两种传统石墨烯制备方法以外，液相法制备石墨烯是最近几年新兴起的石墨烯制备法，其特点是以液相物质作为媒介，通过对石墨进行机械力、化学反应等作用以生成石墨烯。目前多采用超声波法，用超声波作用对石墨进行局部高能震荡以剥离而制备石墨烯。主要缺点是超声波法，维持高频率超声震荡需要极高的能耗，提高制备的前期成本。使用机械剪切力可以在更低的能耗下进行石墨烯制备，更符合当下节能环保的要求。因此寻找一种新型的、可以同时兼顾大批量和高质量制备石墨烯样品的方法对于石墨烯的研究极为重要。KeithR.Paton等提出了“豆浆机法制备石墨烯”的石墨烯制备新思路。利用乳化机在水溶液中对石墨原料直接进行高速剪切处理从而制备出石墨烯产品。他们发现在剪切速率超过104/s时石墨片层发生剥离，脱落从而形成石墨烯。这种方法制备出的石墨烯被证实与石墨超声制备出的样品性状一致。从而大大提高的石墨烯分散制备的效率。3.2设计方案3.2.1试剂选择作为剪切物料的主要相，剪切试剂的选择至关重要。在液相法制备石墨烯的相关试验中，蒸馏水是最常用的试剂，优点是易制取且无污染。有很多科研小组研究过碳纳米管等碳纳米材料在溶剂中的分散效果。2008年，Bergin}6o}等通过组合实验和热力学模型，以显示每体积溶剂碳纳米管的混合烩，由(1)给出。其中小是分散的纳米管体积分数，D是分散的纳米管(或束)直径，ES,NT和ES,Sol分别是纳米管和溶剂表面能。表明适合分散的溶剂其表面能接近碳纳米管的表面能。最大分散浓度可以用(2)表现其中K'是常数，vh是棒的摩尔体积。他们发现，实验数据同综合(1)(2)两式总结出的数学模型非常接近，证实溶剂和纳米管表面能相匹配时，纳米管可以以相对高的浓度分散。Jonathan等根据这个结论，推测由于石墨的表面能与碳纳米管的表面相似，因此在某些溶剂中可能会剥落石墨以产生石墨烯。为了测试这一点，他们使用低功率声波浴在一系列溶剂中对粉末状石墨进行了超声波处理，最初集中在剥离纳米管的溶剂如N一甲基毗咯烷酮(NMP)和二甲基甲酞胺(DMF)。离心除去任何未分散的材料后，使用过滤，称重和吸收光谱的组合测量了分散浓度。最终发现石墨烯可以有效地分散在表面能与纳米管相匹配的溶剂，当将石墨粉暴露在存在有合适超声波或其他作用下的有机溶剂(如NMP,DMF等)时，会粉碎料成薄片，并稳定分散在这些溶剂中，溶剂与处理的石墨原料之间表面能达到68MJ/m2，接近石墨烯的表面能。选用水和N一甲基毗咯烷酮作为对比液相对同一批石墨样品进行超声处理。图3-2-1展示了在两种不同液相中(H20和NMP)使用相同超声能量震荡处理1h的石墨样品拉曼光谱图。在NMP中处理得到的样品，D/G比值相对在水中处理的样品较小，说明制备产物噪声缺陷较低;并且其2D/G比值较大，产品的结晶性能更好。说明选取NMP作为试剂更适于使用液相法制备出石墨烯样品。图4-1水相(左)和NMP相(右)剪切拉曼光谱图3.2.2设计方案本设计采用A30型实验室高速乳化机对石墨粉进行高速剪切处理，其剪切速率范围为10000}28000rpm，最大处理试剂容积为5L。其照片如图3-2-2所示。制备过程分为膨胀石墨粉的制备、剪切处理以及样品提纯。图4-2高速乳化机（1）膨胀石墨粉的制备:将5-50g石墨粉置于陶瓷柑祸中，放置在1000℃高温炉内热处理5-30分钟后取出，冷却至室温即可得到热膨胀石墨粉。（2）剪切法制备石墨烯:将己制得的热膨胀石墨溶入1000-3000m1甲基毗咯烷酮(NMP)试剂中(石墨粉含量比为1:100)，添加0.05-0.5g胆酸钠作为表面活性剂，置于实验室高速乳化机下进行10000-20000rpm的剪切处理1-5h。（3）剪切试剂的去除和样品提纯:A.将剪切后的样品试剂放置于抽滤机中进行真空抽滤工作，反复抽滤3-5次以去除试剂。B.将步骤A中抽滤后的样品取出，置于5000-10000rpm条件下离心2-6次，去除上层清液即可得到提纯产物。3.3石墨烯的性能检测3.3.1石墨烯分散性分析与工艺参数的确定在石墨烯的制备过程中，石墨粉与NMP质量比、乳化机速率和所用时间都是需要确定的参数。表4-1展示了几种不同参数设置，分别针对不同工艺。如图3-3-1所示从左到右标号a-19个试剂瓶分别装有1-9组不同剪切参数的剪切石墨烯，在NMP试剂中超声分散均匀后静置30天的分散照片。从图中可以看出，经30天静置后，不同剪切参数所得剪切石墨在NMP试剂中的分散性能不同:总体规律是随着剪切时间的上升，剪切石墨在NMP试剂中的分散性能得到提升。其中对剪切1h的样品，不论剪切速率设置为多少，经一段时间静置以后样品都会沉淀在容器底部，说明剪切时间过短，不足以使石墨样品剪切至接近NMP表面能的状态;对于剪切2h的样品，在低剪切速率时会发生沉淀现象，剪切速率为13000rpm时剪切石墨在NMP试剂中具有一定的分散能力，但仍有少量聚沉现象发生，16000rpm转速时达到较好的分散状态;当剪切时间达到3h以上时，不论剪切速率为多少，剪切石墨均在NMP试剂中分散良好。因而根据节能环保原则，剪切参数设置为10000rpm转速下剪切1-3h。在该种剪切参数下制备的样品其储存性能良好，可以在溶剂中存放较长时间。图4-3不同参数的石墨烯分散性能示意图3.3.2SEM分析通过10000rpm转速下剪切3h得到的剪切石墨样品经过多次离心超声处理之后，获得剪切石墨水溶液，然后以铜箔为基底，将经过稀释的剪切石墨水溶液滴在铜箔上，采用FEI的Siron型场发射扫描电镜来观察的SEM图片如图4-4所示，从图中可以看出所制备的剪切石墨样品在40000倍放大倍率下呈现均匀的层片状结构。图4-4石墨烯扫描电镜图3.3.3Raman光谱分析如图4-5所示为以铜箔为基底拍摄的剪切石墨烯Raman光谱图。图上在1310cm,1654cm,2705cm，分别出现了D峰、G峰以及2D峰，这三个峰分别用于表征石墨烯片层的缺陷以及结晶性能。其中D峰高度对比基体G峰相对较低，说明剪切石墨烯缺陷较少，剪切过程对石墨烯本身结构的破坏相对较轻;2D峰细且形状对称，说明剪切石墨烯结晶性能好;2D峰高度与G峰高度比值接近2:1，说明石墨烯结构为单层。综合三种峰的对比，应用剪切法可以制备出结构完整、结晶度高的单层石墨烯。图4-5石墨烯拉曼光谱表征图3.3.4TEM分析如图4-6所示为剪切石墨烯的透射电镜图像，进一步展示了其表面形貌特征。图(a)为高分辨图像，从图中可以看出剪切石墨烯样品呈现透明薄层状结构，石墨烯片长度在300-600nm区间内;图(b)为衍射图谱，图(c)为对剪切石墨烯薄层取截面的投射图像，对比衍射图谱以及截面图综合分析，可知剪切石墨烯样品为4层石墨烯结构，属于低层石墨烯。图4-5剪切石墨烯透射电镜图谱3.3.5四探针法测电阻将剪切石墨烯NMP溶液滴到硅片上并烘干，使用四探针法检测其导电性能。表4-2展示了不同剪切参数样品的电阻性能，剪切参数与3.3.1中的分组相对应。其电阻值大小分布在100-500Ω区间内，最低阻值为101.075Ω，具有良好的导电性。相比于CVD法制备石墨烯的电阻值30.5Ω，剪切石墨烯导电性能有所下降，主要是由剪切过程对石墨烯晶体结构产生了一定的缺陷导致。3.3.6剪切法制备石墨烯的不足目前剪切法制备石墨烯尚存在有转移方面的问题。当在NMP试剂中剪切作业结束之后，如何转移出来是最大的问题。目前的解决方法是将分散均匀的试液滴至铜箔或硅片基底上烘干再进行转移，这其中试剂的烘干效率、试液倾倒过程中的样品分散性的变化均会影响转移结果。还需要进一步的试验和探索。4.生产设备4.1石墨烯生产设备的概况目前生产石墨烯的制备方法主要是机械法、氧化法、基片生长法和液相法等,这些生产技术及方法多数存在着产量低、能耗大、品质差等缺点,从而也止约了国内石墨烯的生产及发展。南通富莱克石墨烯生产课题组经过不懈的努力发明了一种以高速分散、破碎研磨、旋涡空化、剪切超声为一体的直接在液相中进行连续分散和不间断剥离石墨片的石墨烯生产线，实现了通过机械剪切液力空化等技术手段产出高品质的石墨烯,深受广大石墨烯生产商的亲睐。石墨烯生产设备是一种釆用机械液力剪切、空化剥离石墨片而产出的单层、多层等高品质石墨烯的高科技先进设备。这种先进技术的发明及应用,在一定程度上加快了石墨烯生产步伐,也促进了石墨烯生产企业进行大规模、高效率、低成本、无污染生产的信心。况且这种机械液力剪切、空化旋涡剥离石墨片的生产工艺具有操作简单、安全可靠、无氧化、无需高温、优质高品的特点非常适合优质石墨烯的大规模生产。4.2石墨烯生产设备主要结构石墨烯生产设备主要结构：是由高剪切分散搅拌配料罐、精细分散研磨机、液力旋涡空化器、高剪切旋流超声器、多管道冷凝器、超声储料罐、集成控制系统、压力表温控仪等组成。4.3石墨烯生产设备工艺流程石墨烯生产工艺流程：首先在高剪切分散搅拌配料罐配上石墨粉、分散剂或表面改性剂和水等进行分散搅拌，先关循环阀然后打开储料罐与分散研磨泵连接阀，使石墨溶液通过精细分散研磨机、液力剪切旋涡空化器再通过压力进入高剪切旋流超声储料器等工艺过程。在配料罐无料时自动关闭下面连接阀并开通循环阀让石墨溶液自循环不间断进行剥离片使石墨烯单层多层迖到理想效果,在集成控制系统设计压力控制、时间控制、温度控制等也可釆用电脑控制或触摸频控制或全自动控制方式。4.4石墨烯生产设备工作原理石墨烯生产设备工作原理：是首先在高速分散搅拌的储料罐中加入石墨粉、分散剂或表面改性剂和水组成，然后通过高速分散机进行分散搅拌，制成分散稳定性良好的石墨溶液，由管道进入精细分散研磨室通过一种特殊粉碎切割剥离装置，将石墨溶液中的粉团、粘块、团块等大小颗粒迅速分散剪切破碎，然后吸入剪切粉碎剥层区，在十分狭窄的工作过道内由于转子刀片与定子刀片相对高速切割从而产生强烈摩擦及研磨切割剥层等。在机械运动和离心力的作用下，将已剥离的石墨重新压入切割剥离区进行研磨破碎，精磨区分三级，越向外延伸一级磨片精度越高，齿距越小，线速度越长，石墨片越剥超溥，同时流体逐步向径向作曲线延伸。每到一级流体的方向速度瞬间发生变化，并且受到每分钟上千万次的高速剪切、强烈摩擦、挤压研磨、颗粒粉碎等，在经过三个精磨区的上千万次的高速剪切、研磨粉碎之后，从而产生石墨片分子链断裂、片层切割撕破等。然后再通过高压管进入液力旋涡剪切空化发生器；液力旋涡剪切空化技术是一种在石墨溶液流入旋涡低压区形成蒸气空泡的过程，当石墨溶液内压强降低到饱和蒸气压以下时，液力剪切空化过程所形成的气泡开始出现并生长，随着时间的延长，空泡膨胀、生长、压缩和溃灭。但这一过程是爆炸性的，不到千分六秒，空泡在急剧崩溃的瞬间可释放巨大的能量，瞬间产生局部高温（1900-5000K）和高压（达140Mpa-170Mpa），并产生速度约为110m/s、强大冲击力的微射流，因此引起空蚀、空噪、振动和发光等一系列现象，通常将空化所产生的这些作用称之为液力旋涡剪切空化效应，使石墨片层剥离出单层和多层的石墨烯。然后通过管道重新进入新型液力剪切空化旋流超声发生器，使石墨溶液在高速射流剪切冲击和旋流空化超声波的作用下,石墨层片不间受到循环断切割剥离后产出高质量的单层和多层石墨烯进入储料罐,再通过冷凝器回流管路重新进入精细分散机及液力旋涡空化装置,石墨烯溶液整个切割剥离工艺过程是在一个封闭管路中循环往复的高速冲击切割、液力剪切旋涡空化、旋流超声空化等效应作用下受到强烈的切割和不间断的剥离,从而达到更优质单层和多层的石墨烯；这种机械液力空化剥离石墨烯工艺方法可以有力地推动和促进石墨烯的大规模、高效率、低成本、无污染的生产。4.5石墨烯生产设备工作产量本文采用上海依肯鳞片石墨剥离设备用于制造石墨烯，其工作原理：是由电动机通过皮带传动带动转齿（或称为转子）与相配的定齿（或称为定子）作相对的高速旋转，被加工物料通过本身的重量或外部压力（可由泵产生）加压产生向下的螺旋冲击力，透过胶体磨定、转齿之间的间隙（间隙可调）时受到强大的剪切力、摩擦力、高频振动等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，达到物料超细粉碎及乳化的效果。鳞片石墨烯机械法超高速剪切剥离设备，工业化鳞片石墨烯剥离设备，鳞片石墨烯机械法剥离设备，鳞片石墨烯研磨分散，鳞片石墨烯剥离分离设备，鳞片石墨烯剥离分散设备，鳞片石墨烯研磨分散设备是由锥体磨,分散机组合而成的高科技产品。第一级由具有精细度递升的三级锯齿突起和凹槽。定子可以无限制的被调整到所需要的与转子之间的距离。在增强的流体湍流下，凹槽在每级都可以改变方向。第二级由转定子组成。分散头的设计也很好地满足不同粘度的物质以及颗粒粒径的需要。在线式的定子和转子（乳化头）和批次式机器的工作头设计的不同主要是因为在对输送性的要求方面，特别要引起注意的是：在粗精度、中等精度、细精度和其他一些工作头类型之间的区别不止是指定转子齿的排列，还有一个很重要的区别是不同工作头的几何学特征不一样。狭槽数、狭槽宽度以及其他几何学特征都能改变定子和转子工作头的不同功能。根据以往的惯例，依据以前的经验指定工作头来满足一个具体的应用。以年产50吨石墨烯的目标计算，工作时间为250天，则每天平均产量为0.2吨合200公斤。上海依肯鳞片石墨剥离设备每天工作产量为500g，则需要同时配备400台机器，能满足生产需求。5.结论石墨烯作为一种新型的碳纳米材料，具有极高的科研价值和应用潜力。近10年来发展了多种制备石墨烯的方法，但每一种方法都有它的缺点和不足。因此当前石墨烯研究和应用的关键是如何大规模、低成本、无污染、可连续化的制备石墨烯。传统制备石墨烯的方法存在很大局限性，它已不能满足石墨烯产业化的发展需要，简单、高效和环境友好的新型机械剥离法给石墨烯产业化的发展带来了曙光，它可以被广泛用于连续化制备高质量的石墨烯和石墨烯复合材料，且由于机械剥离法的生产成本较低，从氧化还原法的5000元/g降到低于1元/g，生产过程中不产生浓酸、有机废弃物等环境污染物，更容易实现石墨烯的规模化生产，预计规模将达到年产千吨级或万吨级石墨烯，远超于目前氧化还原法的年产10-100t石墨烯的规模，具有广阔的发展前景和商业价值。石墨烯目前还处在研发阶段，各国对于这个新兴材料还处于一个专利布局期，尚还没有出现产业化的动向，规模化供应和需求均没有形成，预计短期还无法形成产业化。制备石墨烯的技术工艺不成熟，目前主要的制备方法有微机械剥离法（诺贝尔奖获得者就是用胶带粘贴石墨晶片剥离石墨烯的）、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法；其中氧化石墨还原法由于制备成本相对较低，是目前主要制备方法。从上市公司发布的相关石墨烯的公告中并没有一家公司成功量产石墨烯,除了科研院校的实验使用外，企业也多数是处于小试或者中试阶段，并没有形成规模性产业发展。还没有达到一致性的品质，而且成品面积都非常小，不能适应工业化应用。石墨烯还没有形成下游的应用和需求，目前最大的应用还是为各大科研院校的实验使用；下游需求尚还没有形成，大规模产业应用尚需很长的时间。国内从事石墨烯研究的机构主要为各大科研院校及一些石墨产品生产企业，只能小量生产石墨烯样品，并没有规模化生产的能力。在所有石墨烯概念上市公司中，有关石墨烯的数据多数是概念性的东西，并且研发实力相对薄弱。参考文献赵东锋,贾新见,刘运平.石墨电极的两种焙烧工艺比较[J].炭素技术.2016(04)于梦琦,李雪峰,侯慧姝.石墨电极多级气体放电管切断续流能力的测试[J].电瓷避雷器.2016(04)程小可,李明杰.石墨电极用螺纹量规的制作方法[J].炭素技术.2016(03)张永财.用于浸入式水口的氧化锆-石墨质耐火材料的研究[J].耐火与石灰.2016(03)李文可,凌振宝,王君.一种石墨电极缺损音频检测系统设计[J].中国测试.2016(04)陈文来,刘运平.石墨电极加工用螺纹梳刀的参数控制及其检测方法[J].炭素技术.2016(02)许晓琴,马蔚.基于NX的石墨电极设计及编程在海尔电器中的应用[J].盐城工学院学报(自然科学版).2015(04)李林捷.2015石墨烯行业上游发展趋势[J].现代经济信息.2015(23)刘晏,关长明,刘殿友.国内高端石墨电极本体数控加工生产线的研制[J].组合机床与自动化加工技术.2015(07)陶国新,李童,刘云峰.炭纤维增强型石墨电极的研制与开发[J].炭素技术.2015(01)梁庆,伍端阳.石墨电极在模具零件电火花加工中的应用[J].模具工业.2015(02)新庄,徐海波,芦永红.石墨电极电化学活化工艺与准电容特性[J].范新型炭材料.2014(06)马松品.轧管机芯棒的石墨润滑系统改进[J].机械工程与自动化.2014(03)张明利,许大卫,张爱玲.芯棒石墨润滑系统缺陷分析与改进[J].内蒙古科技与经济.2014(03)郭婷,王晨,梁彤祥.高温气冷堆吸收球压碎力模型的计算与研究[J].原子能科学技术.2013(12)魏明辉,孙喜明.高温气冷堆用石墨材料的腐蚀实验与软件模拟[J].原子能科学技术.2013(09)彭威,甄亚男,叶萍.高温气冷堆热气导管中石墨粉尘沉积特性分析[J].原子能科学技术.2013(05)陈志鹏,雒晓卫,于溯源.输送速度对高温气冷堆燃料装卸系统提升段石墨球磨损性能的影响[J].原子能科学技术.2012(S2)孙立斌,史力,吴莘馨.高温气冷堆石墨堆芯结构双层模型抗震研究[J].原子能科学技术.2012(S2)杨晟,许勇铁,由英来.泡沫石墨/石蜡复合相变储热材料的调温隔热性能[J].材料科学与工程学报.2012(04)Remarkableelectrochemicalpropertiesofelectrochemicallyreducedgrapheneoxidetowardsoxygenreductionreactionarecausedbyresidualmetal-basedimpurities[J].LuWang,ChunKiangChua,BaharehKhezri,RichardD.Webster,MartinPumera.ElectrochemistryCommunications.2016Recentprogressinapplicationsofgrapheneoxideforgassensing:Areview[J].KeiToda,RyoFurue,ShinyaHayami.AnalyticaChimicaActa.2015Molecularlyengineeredgraphenesurfacesforsensingapplications:Areview[J].JingquanLiu,ZhenLiu,ColinJ.Barrow,WenrongYang.AnalyticaChimicaActa.2014Sponge‐TemplatedPreparationofHighSurfaceAreaGraphenewithUltrahighCapacitiveDeionizationPerformance[J].Zhi‐YuYang,Lin‐JianJin,Guo‐QianLu,Qing‐Qing