CN117125705A - 一种质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨烯技术领域，具体为一种质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，包括以下方法：步骤S1、将鳞片石墨粉剂置入水中，并将一定量的铁粉倒入液体中；步骤S2、将分散器搅拌杆垂直放入搅拌罐水中，要求搅拌叶片处于液体纵向从上至下2/3的位置；步骤S3、启动分散器，调整转速，以旋涡表面没有漂浮的鳞片石墨粉末为要，石墨烯“液相强磁靶离心撞击剥离法”制备过程简单可行，可大幅度降低制备石墨烯的工业化生产成本，尤其是在直接使用石墨烯分散状态的应用中，使其应用成本更具可适应，方便于直接使用石墨烯分散液喷洒、混合等应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯技术领域，具体为一种质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯是一种二维态的材料，在热学、力学、光学、电子应用等领域具有独特的物理特性，是新材料学领域值得高度关注的课题。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨， 1毫米厚的石墨大约包含300万层石墨烯。从石墨中剥离出石墨烯是通过外力破坏了石墨分子间三维作用力而形成二维原子间膜结构的过程。
但是现有技术能工业化生产的方法主要还是通过CVD（化学气相沉积法）来实现，通过化学气相沉积法，可以制成大面积、连续的、透明、高电导率的少层石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的阳极，并得到高达1.71％能量转换效率；与用氧化铟锡材料制成的元件相比，大约为其能量转换效率的55.2％，缺点是生产难度高，生产成本高，很难让石墨烯应用普及开来，研究低成本物理方法生产石墨烯工艺，具有革命性的意义，鉴于此，我们提出一种质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，包括以下方法：
步骤S1、将鳞片石墨粉剂置入水中，并将一定量的铁粉倒入液体中；
步骤S2、将分散器搅拌杆垂直放入搅拌罐水中，要求搅拌叶片处于液体纵向从上至下2/3的位置；
步骤S3、启动分散器，调整转速，以旋涡表面没有漂浮的鳞片石墨粉末为要；
步骤S4、维持搅拌状态，将铷磁铁块贴放在搅拌罐外壁指定位置，这时铷磁铁块隔着搅拌罐壁会将液体中的铁粉微粒吸附成簇，在搅拌罐壁形成一个个簇状的碰撞标靶，簇状靶标的位置及数量会影响撞击效果，需要注意调整；
步骤S5、调节分散器，提高搅拌转速，使搅拌罐内的鳞片石墨微粒在高速旋转液体的推动下产生高速的离心运动，并与强磁靶上的铁粉簇颗粒产生高速碰撞；
步骤S6、高速搅拌每半个小时，让附着在罐体外的铷磁铁离开罐体，目的是为了让搅至铁粉簇内的部分石墨微粒散回到液体中参与碰撞；
步骤S7、经约48小时连续高速搅拌碰撞，这时液体中的石墨微粒绝大部分被撞击成分散的石墨烯膜片，液体也由浑浊状变成几乎透明状；
步骤S8、停止搅拌，将搅拌器离开罐体，铷磁铁保持在原位置，慢慢将罐内液体倒出，制备完毕。
优选的，所述步骤S1中鳞片石墨粉剂、去离子水，重量比为5:10000。
优选的，所述步骤S5中分散器的转速提高为5000/min。
优选的，还包括水泥砂浆混凝的应用：
按1：8或1:10稀释“碳膜浆料”，对水泥砂浆或水泥沙石混凝土进行拌料，液剂量根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜浆料”稀释液可提高混凝土的保水性，浇筑后基本上无需养护，能大幅度提高混凝土的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用，能提高混凝土的抗压性。
优选的，还包括水泥砂浆挂面浆料的应用：
按1:5或1:8稀释“碳膜浆料”，再加入5‰的聚乙烯醇胶粉和一定量的发泡剂，用搅拌器搅匀至胶粉完全溶解形成“碳膜混合胶液”，用混合胶液和拌水泥砂浆，并使用搅拌器充分快速搅拌水泥沙浆料，使水泥砂浆中出现大量的气泡，黏稠度要根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜混合胶液”和拌挂面水泥砂浆，能有效提高挂面浆料的附着力，明显改善的抗裂抗冻效果，在同施工面积厚度的条件下可节省水泥沙料约15%左右，也就是说在同体积情况下可减重约15%，能大幅度提高混凝土挂面的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用，能防止混凝土挂面的下垂形变，并能提高挂面层的隔音性。
优选的，还包括墙面腻子浆料的应用：
按1：5稀释“碳膜浆料”，对腻子粉进行拌料，注液量根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜浆料”稀释液可大幅度提高腻子的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用。
优选的，还包括制备“植物沙”颗粒的应用：
制备“植物沙”上颗粒挤压机前用“碳膜原液”进行粉剂拌料，液剂投放量根据设备挤压出料及颗粒成型表现来进行调整；
使用“碳膜原液”调配植物沙粉剂制粒和进行颗粒喷雾包衣，可提高颗粒成型后的承受压力，可减少其他辅助材料的投放量而提高使用效果且降低成本。
优选的，还包括制备“碳膜晶振隔热涂料”的应用：
以“碳膜原液”为基础液剂，按照0.5%～0.8%的重量比加入聚乙烯醇粉剂，用高速搅拌器搅拌直至完全溶解，再加入0.01%～0.02%的聚丙烯酰胺粉剂，用高速搅拌器搅拌直至完全溶解，然后取1:1重量比的石英、云母混合粉剂若干，加入混合原液中并用搅拌机搅拌均匀，石英云母混合粉剂的添加量要根据实际使用场景（如喷涂或涂抹）来经验性调整，使用前需充分搅拌防止沉淀浓度不均；
“碳膜原液”是制备“碳膜晶振隔热涂料”的核心基料，在涂料中起到由碳膜晶振诱发硅晶晶振而形成热反射作用的关键材料；
“碳膜晶振隔热涂料”经实验室操作，可直接刷涂或喷涂在不同材质的表面，涂抹面为受热面；隔热效果可查相关试验记录资料；
“碳膜晶振隔热涂层”可直接涂抹在建筑物外墙表面，完全阻燃，不受雨水冲刷影响，无需加设其它附着件，在“谈膜晶振隔热涂层”表面附着外墙漆不影响对墙体的隔热效果。
优选的，还包括“水泥沙混凝土抗渗”的应用：
用“碳膜原液”按1：0.2‰：2﹪的重量比加入聚丙烯酰胺及聚乙烯醇两种粉剂，用搅拌器搅拌直至粉剂完全溶解，再加入1‰的消泡剂，形成“碳基烯膜浆料”，将浆料均匀涂抹在混凝土防渗面上，待浆料干固后再用浆料涂抹一次；
用5:1的清水稀释“碳膜原液”，再按1：0.2‰：2﹪的重量比往稀释液中加入聚丙烯酰胺及聚乙烯醇两种粉剂，用搅拌器搅拌直至粉剂完全溶解，再加入1‰的消泡剂，形成“碳基烯膜稀释浆料”，用稀释浆料拌和水泥砂浆，稀释浆料的用量根据水泥砂浆使用场景经验性调整；
使用“碳基烯膜浆料”可有效提高水泥沙混凝土的抗渗性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法先将金属铁粉置入容器水中，高速搅动的同时，将铷磁铁置于容器外壁，被搅动起来的金属铁粉在铷磁铁吸附的作用下，在容器壁内集聚形成簇状靶标；
该质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，然后将石墨粉末放入容器水中，让石墨微粒在液体高速搅动中与容器内壁所形成的强磁靶上的金属铁粉颗粒产生反复的强烈碰撞，从而致使石墨微粒结构出现破裂被剥离而形成分散的石墨烯碎片结构；
该质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法与现有其它的石墨烯剥离方法相比较，石墨烯“液相强磁靶离心撞击剥离法”制备过程简单可行， 可大幅度降低制备石墨烯的工业化生产成本，尤其是在直接使用石墨烯分散状态的应用中，使其应用成本更具可适应，方便于直接使用石墨烯分散液喷洒、混合等应用领。
附图说明
图1为本发明的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯试验示意图；
图2为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“ 顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1－图2所示，本发明提供的一种技术方案：
一种质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，包括以下方法：
步骤S1、将鳞片石墨粉剂置入水中，并将一定量的铁粉倒入液体中；
步骤S2、将分散器搅拌杆垂直放入搅拌罐水中，要求搅拌叶片处于液体纵向从上至下2/3的位置；
步骤S3、启动分散器，调整转速，以旋涡表面没有漂浮的鳞片石墨粉末为要；
步骤S4、维持搅拌状态，将铷磁铁块贴放在搅拌罐外壁指定位置，这时铷磁铁块隔着搅拌罐壁会将液体中的铁粉微粒吸附成簇，在搅拌罐壁形成一个个簇状的碰撞标靶，簇状靶标的位置及数量会影响撞击效果，需要注意调整；
步骤S5、调节分散器，提高搅拌转速，使搅拌罐内的鳞片石墨微粒在高速旋转液体的推动下产生高速的离心运动，并与强磁靶上的铁粉簇颗粒产生高速碰撞；
步骤S6、高速搅拌每半个小时，让附着在罐体外的铷磁铁离开罐体，目的是为了让搅至铁粉簇内的部分石墨微粒散回到液体中参与碰撞；
步骤S7、经约48小时连续高速搅拌碰撞，这时液体中的石墨微粒绝大部分被撞击成分散的石墨烯膜片，液体也由浑浊状变成几乎透明状；
步骤S8、停止搅拌，将搅拌器离开罐体，铷磁铁保持在原位置，慢慢将罐内液体倒出，制备完毕。
本实施例中，步骤S1中鳞片石墨粉剂、去离子水，重量比为5:10000。
本实施例中，步骤S5中分散器的转速提高为5000/min。
本实施例中，水泥砂浆混凝的应用：
按1：8或1:10稀释“碳膜浆料”，对水泥砂浆或水泥沙石混凝土进行拌料，液剂量根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜浆料”稀释液可提高混凝土的保水性，浇筑后基本上无需养护，能大幅度提高混凝土的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用，能提高混凝土的抗压性。
本实施例中，水泥砂浆挂面浆料的应用：
按1:5或1:8稀释“碳膜浆料”，再加入5‰的聚乙烯醇胶粉和一定量的发泡剂，用搅拌器搅匀至胶粉完全溶解形成“碳膜混合胶液”，用混合胶液和拌水泥砂浆，并使用搅拌器充分快速搅拌水泥沙浆料，使水泥砂浆中出现大量的气泡，黏稠度要根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜混合胶液”和拌挂面水泥砂浆，能有效提高挂面浆料的附着力，明显改善的抗裂抗冻效果，在同施工面积厚度的条件下可节省水泥沙料约15%左右，也就是说在同体积情况下可减重约15%，能大幅度提高混凝土挂面的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用，能防止混凝土挂面的下垂形变，并能提高挂面层的隔音性。
本实施例中，墙面腻子浆料的应用：
按1：5稀释“碳膜浆料”，对腻子粉进行拌料，注液量根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜浆料”稀释液可大幅度提高腻子的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用。
本实施例中，制备“植物沙”颗粒的应用：
制备“植物沙”上颗粒挤压机前用“碳膜原液”进行粉剂拌料，液剂投放量根据设备挤压出料及颗粒成型表现来进行调整；
使用“碳膜原液”调配植物沙粉剂制粒和进行颗粒喷雾包衣，可提高颗粒成型后的承受压力，可减少其他辅助材料的投放量而提高使用效果且降低成本。
本实施例中，制备“碳膜晶振隔热涂料”的应用：
以“碳膜原液”为基础液剂，按照0.5%～0.8%的重量比加入聚乙烯醇粉剂，用高速搅拌器搅拌直至完全溶解，再加入0.01%～0.02%的聚丙烯酰胺粉剂，用高速搅拌器搅拌直至完全溶解，然后取1:1重量比的石英、云母混合粉剂若干，加入混合原液中并用搅拌机搅拌均匀，石英云母混合粉剂的添加量要根据实际使用场景（如喷涂或涂抹）来经验性调整，使用前需充分搅拌防止沉淀浓度不均；
“碳膜原液”是制备“碳膜晶振隔热涂料”的核心基料，在涂料中起到由碳膜晶振诱发硅晶晶振而形成热反射作用的关键材料；
“碳膜晶振隔热涂料”经实验室操作，可直接刷涂或喷涂在不同材质的表面，涂抹面为受热面；隔热效果可查相关试验记录资料；
“碳膜晶振隔热涂层”可直接涂抹在建筑物外墙表面，完全阻燃，不受雨水冲刷影响，无需加设其它附着件，在“谈膜晶振隔热涂层”表面附着外墙漆不影响对墙体的隔热效果。
本实施例中，“水泥沙混凝土抗渗”的应用：
用“碳膜原液”按1：0.2‰：2﹪的重量比加入聚丙烯酰胺及聚乙烯醇两种粉剂，用搅拌器搅拌直至粉剂完全溶解，再加入1‰的消泡剂，形成“碳基烯膜浆料”，将浆料均匀涂抹在混凝土防渗面上，待浆料干固后再用浆料涂抹一次；
用5:1的清水稀释“碳膜原液”，再按1：0.2‰：2﹪的重量比往稀释液中加入聚丙烯酰胺及聚乙烯醇两种粉剂，用搅拌器搅拌直至粉剂完全溶解，再加入1‰的消泡剂，形成“碳基烯膜稀释浆料”，用稀释浆料拌和水泥砂浆，稀释浆料的用量根据水泥砂浆使用场景经验性调整；
使用“碳基烯膜浆料”可有效提高水泥沙混凝土的抗渗性。
本实施例的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法在使用时，先将金属铁粉置入容器水中，高速搅动的同时，将铷磁铁置于容器外壁，被搅动起来的金属铁粉在铷磁铁吸附的作用下，在容器壁内集聚形成簇状靶标；然后将石墨粉末放入容器水中，让石墨微粒在液体高速搅动中与容器内壁所形成的强磁靶上的金属铁粉颗粒产生反复的强烈碰撞，从而致使石墨微粒结构出现破裂被剥离而形成分散的石墨烯碎片结构；与现有其它的石墨烯剥离方法相比较，石墨烯“液相强磁靶离心撞击剥离法”制备过程简单可行， 可大幅度降低制备石墨烯的工业化生产成本，尤其是在直接使用石墨烯分散状态的应用中，使其应用成本更具可适应，方便于直接使用石墨烯分散液喷洒、混合等应用领域。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于，包括以下方法：
步骤S1、将鳞片石墨粉剂置入水中，并将一定量的铁粉倒入液体中；
步骤S2、将分散器搅拌杆垂直放入搅拌罐水中，要求搅拌叶片处于液体纵向从上至下2/3的位置；
步骤S3、启动分散器，调整转速，以旋涡表面没有漂浮的鳞片石墨粉末为要；
步骤S4、维持搅拌状态，将铷磁铁块贴放在搅拌罐外壁指定位置，这时铷磁铁块隔着搅拌罐壁会将液体中的铁粉微粒吸附成簇，在搅拌罐壁形成一个个簇状的碰撞标靶，簇状靶标的位置及数量会影响撞击效果，需要注意调整；
步骤S5、调节分散器，提高搅拌转速，使搅拌罐内的鳞片石墨微粒在高速旋转液体的推动下产生高速的离心运动，并与强磁靶上的铁粉簇颗粒产生高速碰撞；
步骤S6、高速搅拌每半个小时，让附着在罐体外的铷磁铁离开罐体，目的是为了让搅至铁粉簇内的部分石墨微粒散回到液体中参与碰撞；
步骤S7、经约48小时连续高速搅拌碰撞，这时液体中的石墨微粒绝大部分被撞击成分散的石墨烯膜片，液体也由浑浊状变成几乎透明状；
步骤S8、停止搅拌，将搅拌器离开罐体，铷磁铁保持在原位置，慢慢将罐内液体倒出，制备完毕。
2.根据权利要求1所述的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤S1中鳞片石墨粉剂、去离子水，重量比为5:10000。
3.根据权利要求1所述的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤S5中分散器的转速提高为5000/min。
4.根据权利要求1所述的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于：还包括水泥砂浆混凝的应用：
按1：8或1:10稀释“碳膜浆料”，对水泥砂浆或水泥沙石混凝土进行拌料，液剂量根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜浆料”稀释液可提高混凝土的保水性，浇筑后基本上无需养护，能大幅度提高混凝土的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用，能提高混凝土的抗压性。
5.根据权利要求1所述的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于：还包括水泥砂浆挂面浆料的应用：
按1:5或1:8稀释“碳膜浆料”，再加入5‰的聚乙烯醇胶粉和一定量的发泡剂，用搅拌器搅匀至胶粉完全溶解形成“碳膜混合胶液”，用混合胶液和拌水泥砂浆，并使用搅拌器充分快速搅拌水泥沙浆料，使水泥砂浆中出现大量的气泡，黏稠度要根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜混合胶液”和拌挂面水泥砂浆，能有效提高挂面浆料的附着力，明显改善的抗裂抗冻效果，在同施工面积厚度的条件下可节省水泥沙料约15%左右，也就是说在同体积情况下可减重约15%，能大幅度提高混凝土挂面的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用，能防止混凝土挂面的下垂形变，并能提高挂面层的隔音性。
6.根据权利要求1所述的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于：还包括墙面腻子浆料的应用：
按1：5稀释“碳膜浆料”，对腻子粉进行拌料，注液量根据使用场景来经验性调整；
使用“碳膜浆料”稀释液可大幅度提高腻子的抗裂、抗冻效果，可在5℃～ -3℃环境温度下施工使用。
7.根据权利要求1所述的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于：还包括制备“植物沙”颗粒的应用：
制备“植物沙”上颗粒挤压机前用“碳膜原液”进行粉剂拌料，液剂投放量根据设备挤压出料及颗粒成型表现来进行调整；
使用“碳膜原液”调配植物沙粉剂制粒和进行颗粒喷雾包衣，可提高颗粒成型后的承受压力，可减少其他辅助材料的投放量而提高使用效果且降低成本。
8.根据权利要求1所述的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于：还包括制备“碳膜晶振隔热涂料”的应用：
以“碳膜原液”为基础液剂，按照0.5%～0.8%的重量比加入聚乙烯醇粉剂，用高速搅拌器搅拌直至完全溶解，再加入0.01%～0.02%的聚丙烯酰胺粉剂，用高速搅拌器搅拌直至完全溶解，然后取1:1重量比的石英、云母混合粉剂若干，加入混合原液中并用搅拌机搅拌均匀，石英云母混合粉剂的添加量要根据实际使用场景（如喷涂或涂抹）来经验性调整，使用前需充分搅拌防止沉淀浓度不均；
“碳膜原液”是制备“碳膜晶振隔热涂料”的核心基料，在涂料中起到由碳膜晶振诱发硅晶晶振而形成热反射作用的关键材料；
“碳膜晶振隔热涂料”经实验室操作，可直接刷涂或喷涂在不同材质的表面，涂抹面为受热面；隔热效果可查相关试验记录资料；
“碳膜晶振隔热涂层”可直接涂抹在建筑物外墙表面，完全阻燃，不受雨水冲刷影响，无需加设其它附着件，在“谈膜晶振隔热涂层”表面附着外墙漆不影响对墙体的隔热效果。
9.根据权利要求1所述的质量动量差碰撞剥离法剥离石墨烯的方法，其特征在于：还包括“水泥沙混凝土抗渗”的应用：
⑴用“碳膜原液”按1：0.2‰：2﹪的重量比加入聚丙烯酰胺及聚乙烯醇两种粉剂，用搅拌器搅拌直至粉剂完全溶解，再加入1‰的消泡剂，形成“碳基烯膜浆料”，将浆料均匀涂抹在混凝土防渗面上，待浆料干固后再用浆料涂抹一次；
用5:1的清水稀释“碳膜原液”，再按1：0.2‰：2﹪的重量比往稀释液中加入聚丙烯酰胺及聚乙烯醇两种粉剂，用搅拌器搅拌直至粉剂完全溶解，再加入1‰的消泡剂，形成“碳基烯膜稀释浆料”，用稀释浆料拌和水泥砂浆，稀释浆料的用量根据水泥砂浆使用场景经验性调整；
使用“碳基烯膜浆料”可有效提高水泥沙混凝土的抗渗性。
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