CN207391005U - 一种石墨烯的生产设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种石墨烯的生产设备，属于纳米材料技术领域。所述设备包括进料装置、高温反应设备3和出料装置；所述进料装置和出料装置分别位于所述高温反应设备3的两侧，用于将基材牵引通过所述高温反应设备3，所述高温反应设备3包括石墨炉管38、感应加热圈37、反应室和保护气封装置31；所述设备在制备过程先缓慢预热再充入保护气体和反应气体，常压下即可制备石墨烯。本实用新型所述的一种石墨烯的生产设备，不仅生产成本低，而且可以实现石墨烯大面积、高质量、规模化及连续化制备生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及纳米材料技术领域，具体的涉及一种石墨烯的生产设备。
背景技术
近年来，石墨烯材料一直是科技创新的前沿领域。因其出色的导电性能、超高的电子迁移率及比表面积、高导热、高透光、高断裂强度及良好的化学稳定性等优势，被誉为21世纪的神奇材料，在众多技术领域的应用前景极为广阔。尤其在新一代柔性薄膜显示屏、锂电池材料、电子芯片、导电填料、高性能储能装置、复合材料、高导热塑料、表面工程等领域极具应用潜力。因此，发展低成本、大面积、规模化制备并且实现石墨烯的结构与性能可调控的工艺技术成为目前科研工作者们主要的研究目标。
目前，石墨烯的主要制备方法有：机械剥离法、化学剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法、化学气相沉积法等。相对于其它制备方法，化学气相沉积法具有制备的石墨烯薄膜质量高、层数可控、尺寸大等优点，可在一定程度上实现石墨烯大面积高质量的可控石墨烯制备。化学气相沉积法制备石墨烯常见的设备有CVD管式炉、微波等离子CVD设备、磁控溅射CVD设备等，但由于这些设备在制备过程通常需要先将反应设备抽真空后再充入保护气体和反应气体，无法实现工业化连续生产，因而气相沉积法制备石墨烯的高成本一直制约着石墨烯材料的发展，远远无法满足电池市场对石墨烯材料的应用需求。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种石墨烯的生产设备，不仅生产成本低，而且可以实现石墨烯大面积、高质量、规模化及连续化制备生产。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种石墨烯的生产设备，包括进料装置、高温反应设备3和出料装置，所述进料装置和出料装置分别位于所述高温反应设备3的两侧，用于将基材牵引通过所述高温反应设备3；
所述高温反应设备3包括石墨炉管38、感应加热圈37、反应室和保护气封装置31；所述反应室位于高温反应设备3的内部中心位置且向高温反应设备3的两侧延伸，所述保护气封装置31位于反应室的两端延伸段内部；所述石墨炉管38位于高温反应设备3内部且均布在反应室的***；所述感应加热圈37均匀环绕在石墨炉管38的***，用于加热石墨炉管38。
优选的，所述高温反应设备3的外部还包括冷却水套4，所述冷却水套4两端部分别设有冷却水套入口41和冷却水套出口42，其中冷却水套入口41位于冷却水套4的底部，冷却水套出口42位于冷却水套4的顶部。
优选的，所述高温反应设备3底部还设有反应气体入口34。
优选的，所述保护气封装置31为多个相互隔离的矩形槽，且反应室***与保护气封装置31相对的位置设有保护气入口33，所述保护气入口33为多个相关贯通的矩形中空结构；所述反应室两端均设有气封口32；所述反应室为矩形腔体。
优选的，所述进料装置和出料装置分别为进料辊2和出料辊5，所述进料辊2和出料辊5采用变频电机驱动。
优选的，所述感应加热圈37为水冷感应加热圈，采用中空铜管绕制而成，由外置的供电装置供电驱动，用于加热石墨炉管38；所述感应加热圈37的***还依次设有保温碳毡36和石英砂35，所述感应加热圈37相对应的反应区为反应室高温区39。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型提供的一种石墨烯的生产设备，所述设备与现行的化学气相沉积制备石墨烯的设备相比具有以下优点：
1、结构简单，无需预抽真空处理，采用高温条件下气体膨胀的原理实现高温反应区无氧化隔绝，常压下即可制备石墨烯；
2、通过调节进料辊和出料辊的牵引速度，不仅可以调控石墨烯的生长效果，保证石墨烯生产质量，而且可以实现石墨烯的连续化及大面积生产，效率大大提高，生产成本大幅降低，特别适于工业化大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所述一种石墨烯的生产设备的结构示意图；
图2为图1中所述高温反应设备的左视图；
图3为图1中A部的局部放大图。
图中：1-铜箔、2-进料辊、3-高温反应设备、31-保护气封、32-反应室气封口、33-保护气入口、34-反应气体入口、35-石英砂、36-保温碳毡、37-感应加热圈、38-石墨炉管、39-反应室高温区、4-冷却水套、41-冷却水套入口、42-冷却水套出口、5-出料辊。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。
实施例
一种石墨烯的生产设备，包括进料装置、高温反应设备3和出料装置，所述进料装置和出料装置分别位于所述高温反应设备3的两侧，用于将基材牵引通过所述高温反应设备3，使得基材与高温反应设备3的中心保持在同一水平线。所述进料装置和出料装置分别为进料辊2和出料辊5，所述进料辊2和出料辊5采用变频电机驱动。
所述高温反应设备3包括石墨炉管38、感应加热圈37、反应室和保护气封装置31；所述反应室位于高温反应设备3的内部中心位置且向高温反应设备3的两侧延伸，所述保护气封装置31位于反应室的两端延伸段内部；所述石墨炉管38位于高温反应设备3内部且均布在反应室的***；所述感应加热圈37均匀环绕在石墨炉管38的***，用于加热石墨炉管38。
优选的，所述高温反应设备3的外部还包括冷却水套4，用于保障操作的安全性。所述冷却水套4两端部分别设有冷却水套入口41和冷却水套出口42，其中冷却水套入口41位于冷却水套4的底部，冷却水套出口42位于冷却水套4的顶部。所述高温反应设备3底部还设有反应气体入口34。
优选的，所述保护气封装置31为多个相互隔离的矩形槽，且反应室***与保护气封装置31相对的位置设有保护气入口33，所述保护气入口33为多个相关贯通的矩形中空结构；所述反应室两端均设有气封口32；所述反应室为矩形腔体。
优选的，所述感应加热圈37为水冷感应加热圈，采用中空铜管绕制而成，由外置的供电装置供电驱动，用于加热石墨炉管38，通过加热石墨炉管38使得反应室处于高温状态，于此同时所述感应加热圈37内部通冷却水，可保障线圈在高温环境下的长期使用；所述感应加热圈37的***还依次设有保温碳毡36和石英砂35，具有能源利用效率高、保温效果好，可以确保高达2500℃以上高温条件的使用安全。所述感应加热圈37相对应的反应区为反应室高温区39。
本实用新型所述石墨烯的生产设备结构简单，无需预抽真空处理，通过高温反应设备3使用前缓慢预升温，同时在气封装置31充入保护气体，利用高温条件下气体膨胀的原理确保高温反应区无氧化隔绝，达到石墨烯生长温度后，往反应室高温区39通入反应气体，常压下即可制备石墨烯，其中升温速度不超过每小时20℃。通过设备不间断运行，基材在进料辊和出料辊的共同牵引带动下进入反应室高温区39，利用反应气体高温裂解，可在基材表面原位生长出不间断的大尺度高质量单层或多层石墨烯。所述进料辊2和出料辊5采用变频电机驱动，便于调节基材通过高温区的时间，达到控制石墨烯生长时间的目的。本实用新型所述设备也可以用于基于所述设备使用过程的其他产品的制备生产。
以上是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，本实施例也适用于利用化学气相沉积法制备其它物质材料或者其它若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种石墨烯的生产设备，其特征在于：包括进料装置、高温反应设备（3）和出料装置，所述进料装置和出料装置分别位于所述高温反应设备（3）的两侧，用于将基材牵引通过所述高温反应设备（3）；
所述高温反应设备（3）包括石墨炉管（38）、感应加热圈（37）、反应室和保护气封装置（31）；所述反应室位于高温反应设备（3）的内部中心位置且向高温反应设备（3）的两侧延伸，所述保护气封装置（31）位于反应室的两端延伸段内部；所述石墨炉管（38）位于高温反应设备（3）内部且均布在反应室的***；所述感应加热圈（37）均匀环绕在石墨炉管（38）的***，用于加热石墨炉管（38）。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯的生产设备，其特征在于：所述高温反应设备（3）的外部还包括冷却水套（4），所述冷却水套（4）两端部分别设有冷却水套入口（41）和冷却水套出口（42），其中冷却水套入口（41）位于冷却水套（4）的底部，冷却水套出口（42）位于冷却水套（4）的顶部。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯的生产设备，其特征在于：所述高温反应设备（3）底部还设有反应气体入口（34）。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯的生产设备，其特征在于：所述保护气封装置（31）为多个相互隔离的矩形槽，且反应室***与保护气封装置（31）相对的位置设有保护气入口（33），所述保护气入口（33）为多个相关贯通的矩形中空结构；所述反应室两端均设有气封口（32）；所述反应室为矩形腔体。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯的生产设备，其特征在于：所述进料装置和出料装置分别为进料辊（2）和出料辊（5），所述进料辊（2）和出料辊（5）采用变频电机驱动。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯的生产设备，其特征在于：所述感应加热圈（37）为水冷感应加热圈，采用中空铜管绕制而成，由外置的供电装置供电驱动，用于加热石墨炉管（38）；所述感应加热圈（37）的***还依次设有保温碳毡（36）和石英砂（35），所述感应加热圈（37）相对应的反应区为反应室高温区（39）。
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|---|---|---|---|---|
| CN107445147A (zh) * | 2017-09-11 | 2017-12-08 | 张洪 | 一种石墨烯的制备方法及设备 |
| CN111916694A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-11-10 | 中北大学 | 一种石墨烯铁基复合材料的制备方法 |
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2017
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