粉末石墨烯制備，如果生產(chǎn)石墨烯粉末？

發(fā)布日期：2017-01-17   閱讀次數(shù)：38

一、什么是石墨烯？

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以SP2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個(gè)原子層厚度的準(zhǔn)二維材料，所以又叫做單原子層石墨。它的厚度大約為0.335nm，根據(jù)制備方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大約1nm左右，水平方向?qū)挾却蠹s10nm到25nm，是除金剛石以外所有碳晶體（零維富勒烯，一維碳納米管，三維體向石墨）的基本結(jié)構(gòu)單元。

二、石墨烯的種類有哪些？

單層石墨烯

單層石墨烯（Graphene）：指由一層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子構(gòu)成的一種二維碳材料。

雙層石墨烯

雙層石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由兩層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。

少層石墨烯

少層石墨烯（Few-layer）：指由3-10層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。

多層或厚層石墨烯

多層或厚層石墨烯（multi-layer graphene）：指厚度在10層以上10nm以下苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。

三、粉末石墨烯的制備方法是什么？

1、機(jī)械剝離法

機(jī)械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡(jiǎn)單，得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結(jié)構(gòu)2004年英國(guó)兩位科學(xué)使用透明膠帶對(duì)天然石墨進(jìn)行層層剝離取得石墨烯的方法，也歸為機(jī)械剝離法，這種方法一度被認(rèn)為生產(chǎn)效率低，無(wú)法工業(yè)化量產(chǎn)。

近年來(lái)，產(chǎn)業(yè)界對(duì)于石墨烯的生產(chǎn)方法進(jìn)行了大量的研發(fā)創(chuàng)新，目前在廈門(mén)、廣東等省市已經(jīng)有幾家公司攻克了低成本大規(guī)模制備石墨烯的生產(chǎn)瓶頸，使用機(jī)械剝離法工業(yè)化量出成本低、品質(zhì)高的石墨烯。

2、氧化還原法

是通過(guò)使用硫酸、硝酸等化學(xué)試劑及高錳酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化，增大石墨層之間的間距，在石墨層與層之間插入氧化物，制得氧化石墨(Graphite Oxide)。然后將反應(yīng)物進(jìn)行水洗，并對(duì)洗凈后的固體進(jìn)行低溫干燥，制得氧化石墨粉體。通過(guò)物理剝離、高溫膨脹等方法對(duì)氧化石墨粉體進(jìn)行剝離，制得氧化石墨烯。最后通過(guò)化學(xué)法將氧化石墨烯還原，得到石墨烯（RGO）。這種方法操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高，但是產(chǎn)品質(zhì)量較低。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強(qiáng)酸，存在較大的危險(xiǎn)性，又須使用大量的水進(jìn)行清洗，帶大較大的環(huán)境污染。

使用氧化還原法制備的石墨烯，含有較豐富的含氧官能團(tuán)，易于改性。但由于在對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原時(shí)，較難控制還原后石墨烯的氧含量，同時(shí)氧化石墨烯在陽(yáng)光照射、運(yùn)輸時(shí)車廂內(nèi)高溫等外界每件影響下會(huì)不斷的還原，因此氧化還原法生產(chǎn)的石墨烯逐批產(chǎn)品的品質(zhì)往往不一致，難以控制品質(zhì)。

目前不少人將氧化石墨、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯概念理解混淆。氧化石墨呈棕色，為石墨與氧化物聚合體。 氧化石墨烯系將氧化石墨剝離至單層、雙層或寡層后的產(chǎn)物，含有大量的含氧基團(tuán)，因此氧化石墨烯不導(dǎo)電，氧化石墨烯性質(zhì)活躍，在使用過(guò)程中特別是參與高溫材料加工過(guò)程中，會(huì)不斷還原并釋放出二氧化硫等氣體。 通過(guò)將氧化石墨烯還原之后的產(chǎn)品，才能稱為石墨烯（還原氧化石墨烯）。

3、SiC外延法

SiC外延法是通過(guò)在超高真空的高溫環(huán)境下，使硅原子升華脫離材料，剩下的C原子通過(guò)自組形式重構(gòu)，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質(zhì)量的石墨烯，但是這種方法對(duì)設(shè)備要求較高。

四、粉末石墨烯制備爐 -RSMXL系列石墨烯膨化爐

RSMXL石墨烯膨化爐設(shè)計(jì)用于石墨烯中試生產(chǎn)線，專門(mén)用于粉末石墨烯制備

RSMXL石墨烯膨化爐的整個(gè)爐體采用哈弗式立式結(jié)構(gòu)，開(kāi)合方便

RSMXL石墨烯膨化爐采用高純氣石英管作為爐膛，氧化鋁纖維制品保溫，可預(yù)抽真空，通保護(hù)、反應(yīng)氣體。

RSMXL石墨烯膨化爐的溫度控制采用進(jìn)口單回路智能溫控儀控制，具有控溫精度、溫度穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。