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石墨烯剥离是采用砂磨机 ,超声波,研磨分散,还是高压均质机
更新时间:2016-11-21 7:43:11 浏览次数:1892
 

石墨烯剥离是采用砂磨机 ,超声波,研磨分散,还是高压均质机

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,几乎完全透明,只吸收2.3%的光;导热系數高達5300W/m,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/Vs,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8Ω/m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料(完全摘自维基百科)。

 

石墨烯的主要合成方案

 

1)机械剥离法

2)化学气相沉积法(CVD)

3)氧化-还原法

  氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO),经过超声分散制备成氧化石墨烯,然后加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团后得到石墨烯。氧化-还原法制备成本较低容易实现,成为生产石墨烯的最主流方法。但是该方法所产生的废液对环境污染比较严重,所制备的石墨烯一般都是多层石墨烯或者石墨微晶而非严格意义上的石墨烯,并且产品存在缺陷而导致石墨烯部分电学和力学性能损失。

4)溶剂剥离法

  溶剂剥离法的原理是将少量的石墨分散于溶剂中形成低浓度的分散液,利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力,溶剂插入石墨层间,进行层层剥离而制备出石墨烯。此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构,可以制备高质量的石墨烯。缺点是成本较高并且产率很低,工业化生产比较困难。

  当然,石墨烯的制备方法还有溶剂热法、高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等,这些方法都不及上述四种方法普遍。

  不要混淆!!!还原氧化石墨烯,即RGO。一般来说,氧化石墨烯是由石墨经强酸氧化,然后再经过化学还原或者热冲击还原得到。目前市场上所谓的“石墨烯”绝大多数都是通过氧化-还原法生产的氧化石墨烯,石墨片层数目不等,表面存在大量的缺陷和官能团,无论是导电性、导热性还是机械性都跟获得诺贝尔奖的石墨烯是两回事。严格意义上而言,它们并不能称为“石墨烯”。

 

制备石墨烯的方法有很多。但归纳起来两大类,一类是从大往小做,也叫自上而下法。例如,以石墨为原料,通过胶带粘贴、氧化还原、液相插层和机械剥离等手段破坏石墨晶体的长程有序堆叠,得到单层或少数几层的石墨烯。另一类是从小往大长,也叫自下而上法。例如,以含碳小分子等为前驱体,采用化学气相沉积、外延生长和有机合成等方法将碳素组装成石墨烯。

 

当前相对成熟的技术分别是,以氧化还原和液相插层为代表的大规模粉体,和以化学气相沉积为代表的大面积薄膜。两者生产工艺完全不同,而产品应用领域也基本不重叠。前者通常以重量来计,可达公斤至吨级,产品剥离效率高、比表面积大、成本低,但缺陷多、可控性差,一般用作锂电池和超级电容器电极导电填料,或用于塑料、油墨、涂料、金属和陶瓷等多种基体的增强或功能填料,形成纳米复合材料。而后者通常以面积来计量,依托其高透光率和面向电导率,通常作为透明电极用于触摸屏和光伏等领域。

 

 

对于第二点,我想大家谈的比较多了,这是产品出路和价值体现的问题,非常关键,但也很难。作为一种新材料,石墨烯的前十年属于应用发散期,即大家认为石墨烯几乎是万能的,然后在不同领域尝试应用,是在做加法。目前,我们已步入应用集中期,要开始做减法了因为大部分潜在应用在实践中被证实并无实用价值,或是技术上,或是商业上。在这个阶段,产业链上下游的互动非常必要。我们必须面向用户进行二次开发,去解决分散和成型等共性技术难题,让石墨烯更接“地气”。最终交给用户的,不仅是高品质的材料,还有配套的应用解决方案,也就是solution。

 

 

有可能你会问  一般国内做碳管或者石墨烯会用砂磨机或者球磨机   超声波分散机等等?  球磨机或者砂磨机他们偏重研磨炸   会破坏他们的内部结构 。 我们的研磨分散机偏重  分散剥离  。超声波不适合工业化生产,只是作为一种辅助分散。

 

高压均质机 

高剪切均质机与高压均质机作用的区别: 


名称

高剪切均质机

高压均质机

原料要求

粉状物、块状料或水果可直接投入

必须先将物料融化混合为流体后方可均质

易损耗件

两年内无需更换配件,无易损件

均质阀、密封件使用两、三个月便需要经常更换

生产操作

灵活、简便、无需专人操作

需专人操作、调节

耗能

耗电量为高压均质机的1/3

耗电量高,能源浪费

适应范围

适用范围广

不适宜高粘度的物料

酸碱性

适应性强

适应性弱

均质效果

均质细度可达1μm以下,稳定性好

均质细度小,稳定性好。不过在某些行业效果较差

综合效果

混料、杀菌、均质同时完成

只能单独均质用

清洗方法

自动清洗

清洗复杂


高剪切均质机与高压均质机的均质机理的比较:

比较

高剪切均质机

高压均质机

宏观
均质
机理

剪切作用

主要通过液滴在高速旋转的转子和定子间的间隙内被剪切,以及由此间隙和转子——定子上小孔射流的综合效应来实现。

料液在高压下流过缝隙时,液滴先是被延伸,后因通过阀时的涡动作用,使延伸部分剪切拉碎。

 

撞击作用

高速旋转的液滴受惯性离心力的推动,具有极大的冲击力,因而产生撞击作用。

在均质阀缝隙中高速冲出的液流出口处置有挡圈,因而产生高速撞击作用。

 

空穴作用

离心力的作用使未进入环隙时的液体具有一定压力,而进入环隙后成为高速旋转液流,液体离开定子小孔后压力又回升,所以也有一定的空穴效应

液流进口处静压很高,过狭缝时,静压能转化为动能,压力迅速大幅度地下降,在其缝隙内瞬时引起空穴现象,离开缝隙后压力的回升又使空穴消失,因而使液滴破碎

 

微观
均质
机理

高剪切均质机高速旋转时的液滴流动状况相当复杂,主要受控于作用在液滴表面不断变化的流动速度和由此产生的脉动压力,从而发生了分裂液滴的张力,使液滴破裂。

高压均质机提供给液滴破裂的能量来自于料液在进口处携带的极高静压能。

目前国内常用的剪切式均质机线速度多为10~ 25m/ s。实践证明其均质效果并不理想。高剪切均质机指线速度达到30~40m/ s 的剪切式均质机, 其主要工作部件为1 级或多级相互啮合的定转子, 每级定转子又有数层齿圈。

研磨:利用剪切力(shear force)、摩擦力或冲击力(impactforce)将粉体由大颗粒粉碎剥离成小颗粒。

分散:纳米粉体被其所添加溶剂、助剂、分散剂、树脂等包覆住,以便达到颗粒完全被分离(separating)、润湿(wetting)、分布(distributing)均匀及稳定(stabilization)目的。

在做纳米粉体分散或研磨时,因为粉体尺度由大变小的过程中,范德华力及布朗运动现象逐渐明显且重要。选择适当助剂以避免粉体再次凝聚及选择适当的研磨机来控制研磨浆料温度以降低或避免布朗运动影响,是湿法研磨分散方法能否成功地得到纳米级粉体研磨及分散关键技术。
    

    纳米研磨分散机是由胶体磨,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光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。在大多数情况下,机器的构造是和具体应用相匹配的,因而它对制造出最终产品是很重要。当不确定一种工作头的构造是否满足预期的应用。

CMD2000系列的线速度很高,剪切间隙非常小,这样当物料经过的时候,形成的摩擦力就比较剧烈,结果就是通常所说的湿磨。定转子被制成圆椎形,具有精细度递升的多级锯齿突起和凹槽。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。高质量的表面抛光和结构材料,可以满足不同行业的多种要求。

 

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