用于连续合成石墨烯的设备和方法技术

本发明专利技术提供了一种用于连续合成石墨烯的方法和设备。所述设备包括：具有用于容纳碳源的空间的容器，其中，所述容器具有用于接收碳源材料的进入开口；用于通过用于对碳源进行焦耳加热的空间施加电流的至少两个电极，其中，所述用于对碳源进行焦耳加热的空间位于所述至少两个电极之间；以及用于将所述碳源相对于所述容器沿第一方向移动到所述进入开口中的移动部件，并且所述至少两个电极沿第二方向施加电流，其中，所述第一方向与所述第二方向不同。同。同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于连续合成石墨烯的设备和方法


[0001]本文所公开的实施方式涉及石墨烯的生产，并且特别涉及用于连续生产石墨烯的方法和设备。

技术介绍

[0002]石墨烯可以通过经由焦耳加热转化碳源来生产。碳源是一种碳基粉末，它被装入一个小的石英管容器中，并通过金属(铜、铜棉、黄铜)电极将电压施加到粉末材料的每一端。然而，合成石墨烯的现有方法在工业应用中产生了一些挑战，并且该方法对于石墨烯的大规模生产并不实用。
[0003]此外，可用于焦耳加热的石英管成本低，因为它们在焦耳加热过程中当碳粉与石英接触时被降解和污染。石英管必须在一次性使用后丢弃，这会显著增以加工业规模生产石墨烯的成本。用作电极的铜棉也会被该过程降解，这进一步增加了生产石墨烯的成本。使用与石墨烯直接接触的金属电极(例如铜和黄铜)也可能将金属污染物添加到所生产的石墨烯粉末中。用于合成石墨烯的现有设备也需要在转化不同批的石墨烯之间进行组装和拆卸，这阻碍了大规模、连续地生产石墨烯。
[0004]因此，需要用于以工业规模生产石墨烯的新的成本有效的方法、产品和设备。保留合成期间使用的石英的生产石墨烯的方法、产品和设备可以降低成本。此外，允许对生产石墨烯所必需的材料进行连续处理的产品、方法和设备是必要的，从而允许石墨烯的低成本工业生产。

技术实现思路

[0005]根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的设备。该设备包括具有用于容纳碳源的空间的容器。该容器具有用于接收碳源材料的进入开口。该设备包括用于通过用于对碳源进行焦耳加热的空间施加电流的至少两个电极。用于对碳源进行焦耳加热的空间位于所述至少两个电极之间。该设备还包括用于将碳源相对于容器沿第一方向移动到开口中的移动部件，并且所述至少两个电极沿第二方向施加电流。第一方向与第二方向不同。
[0006]该设备还可以包括相对于所述至少两个电极定位的排出开口，以允许将石墨烯移出用于对碳源进行焦耳加热的空间。进入开口可以相对于所述至少两个电极定位成在施加电流的同时允许将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。
[0007]该设备还可以包括连接到电极的电源，用于使电流通过电极以将用于对碳源进行焦耳加热的空间中的碳源的至少一部分转化为石墨烯。
[0008]该设备可以设置为，所述至少两个电极由包括铜、黄铜、不锈钢和石墨的组中的至少一种制成。
[0009]该设备可以设置为，所述至少两个电极具有通气孔以在电流被施加到碳源时允许气体逸出。
[0010]该设备可以设置为，用于对碳源进行焦耳加热的空间被至少一个石英壁围绕。
[0011]该设备可以设置为，所述至少两个电极中的至少一个电极围绕用于对碳源进行焦耳加热的空间。
[0012]该设备可以设置为，所述至少两个电极在高温下是有弹性的。
[0013]该设备可以设置为，所述至少两个电极在室温至3200℃的温度下操作。
[0014]该设备还可以包括用于将碳源加热到400℃
‑
800℃的温度的预处理电极。
[0015]该设备可以设置为，所述至少两个电极被配置为施加将碳源加热到2800℃
‑
3200℃的温度的电流。
[0016]该设备还可以包括碳源储存器，用于在将碳源在移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中之前容纳碳源。
[0017]该设备还可以包括石墨烯储存器，用于在将石墨烯移出用于对碳源进行焦耳加热的空间之后收集石墨烯。
[0018]该设备还可以包括用于压缩碳源的压缩部件。
[0019]该设备可以设置为，压缩部件是用于压缩碳源的压缩活塞。
[0020]该设备可以设置为，压缩部件是压缩螺丝锥。
[0021]该设备可以设置为，电极是包括环形电极、针状电极和网状电极的组中的至少一种。
[0022]该设备可以设置为，所述至少两个电极彼此相对定位。
[0023]该设备可以设置为，所述至少两个电极彼此同心定位。
[0024]该设备可以设置为，电流是DC。
[0025]该设备可以设置为，电流是AC。
[0026]该设备可以设置为，电流是AC和DC的组合。
[0027]可以由该设备生产石墨烯。
[0028]石墨烯可以是乱层石墨烯。
[0029]根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的设备。该设备包括内电极和外电极。该设备还包括在内电极和外电极之间的用于对碳源进行焦耳加热的空间。内电极和外电极定位成通过用于对碳源进行焦耳加热的空间径向施加电流。该设备还包括相对于内电极和外电极定位的进入开口，以允许将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。该设备还包括连接到内电极和外电极的电源，用于使电流通过内电极和外电极，以将用于对碳源进行焦耳加热的空间中的碳源的至少一部分转化为石墨烯。
[0030]该设备可以设置为，外电极围绕用于对碳源进行焦耳加热的空间。
[0031]该设备还可以包括用于冷却包括内电极和外电极的组中的至少一者的冷却部件。
[0032]该设备可以设置为，电流是DC。
[0033]该设备可以设置为，电流是AC。
[0034]该设备可以设置为，电流是AC和DC的组合。
[0035]根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的设备。该设备包括用于容纳碳源的容器。该容器包括第一电极。该设备还包括在第二电极和第一电极之间施加电流以用于对碳源进行焦耳加热的空间。碳源位于第一电极和第二电极之间。该设备还包括用于将容器移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间的移动部件。该设备还包括连接到第一电极和第二电极的电源，用于使电流通过电极以将碳源的至少一部分转化为石墨烯。
[0036]该设备可以设置为，移动部件是传送带。
[0037]根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的方法。该方法包括将碳源沿第一方向移动到在第一方向上用于对碳源进行焦耳加热的空间中。该方法还包括沿第二方向利用至少两个电极向碳源施加电流，所述至少两个电极定位成在施加电流的同时允许碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。第一方向和第二方向不同。
[0038]该方法可以设置为，向碳源施加电流包括以较低的电压向碳源施加第一电流以从碳源去除水分和挥发性物质。向碳源施加电流还可以包括以较高的电压向碳源施加第二电流以将碳源转化为石墨烯。
[0039]该方法可以设置为，较低的电压将碳源加热到400℃
‑
800℃的温度。
[0040]该方法可以设置为，施加电流50毫秒至约1秒。
[0041]该方法可以设置为，较高的电压将碳源加热到2800℃
‑
3200℃。
[0042]该方法还可以包括压缩碳源。
[0043]该方法可以设置为，使用压缩活塞压缩碳源。
[0044]该方法可以设置为，使用压缩螺丝锥压缩碳源。
[0045]该方法还可以包括从石墨烯中去除未转化的碳。
[0046]该方法可以设置为，使用压缩活塞移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于合成石墨烯的设备，所述设备包括：具有用于容纳碳源的空间的容器，其中，所述容器具有用于接收碳源材料的进入开口；用于通过用于对碳源进行焦耳加热的空间施加电流的至少两个电极，其中，所述用于对碳源进行焦耳加热的空间位于所述至少两个电极之间；以及用于将所述碳源相对于所述容器沿第一方向移动到所述进入开口中的移动部件，并且所述至少两个电极沿第二方向施加电流，其中，所述第一方向与所述第二方向不同。2.如权利要求1所述的设备，还包括相对于所述至少两个电极定位的排出开口，以允许将所述石墨烯移出所述用于对碳源进行焦耳加热的空间，其中，所述进入开口相对于所述至少两个电极定位成在施加电流的同时允许将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中。3.如权利要求1所述的设备，还包括连接到所述电极的电源，用于使电流通过所述电极以将所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中的所述碳源的至少一部分转化为石墨烯。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极由包括铜、黄铜、不锈钢和石墨的组中的至少一种制成。5.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极包括通气孔以在电流被施加到所述碳源时使气体逸出。6.如权利要求1所述的设备，其中，所述用于对碳源进行焦耳加热的空间被至少一个石英壁围绕。7.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极中的至少一个电极围绕所述用于对碳源进行焦耳加热的空间。8.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极在高温下是有弹性的。9.如权利要求8所述的设备，其中，所述至少两个电极在室温至3200℃的温度下操作。10.如权利要求1所述的设备，还包括用于将所述碳源加热到400℃
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800℃的温度的预处理电极。11.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极被配置为施加将所述碳源加热到2800℃
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3200℃的温度的电流。12.如权利要求1所述的设备，还包括碳源储存器，所述碳源储存器用于在将所述碳源在移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中之前容纳所述碳源。13.如权利要求1所述的设备，还包括石墨烯储存器，所述石墨烯储存器用于在将所述石墨烯移出所述用于对碳源进行焦耳加热的空间之后收集所述石墨烯。14.如权利要求1所述的设备，还包括用于压缩所述碳源的压缩部件。15.如权利要求14所述的设备，其中，所述压缩部件是用于压缩所述碳源的压缩活塞。16.如权利要求14所述的设备，其中，所述压缩部件是压缩螺丝锥。17.如权利要求1所述的设备，其中，所述电极是包括环形电极、针状电极和网状电极的组中的至少一种。18.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极彼此相对定位。19.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极彼此同心定位。20.如权利要求1所述的设备，其中，所述电流是DC。21.如权利要求1所述的设备，其中，所述电流是AC。
22.如权利要求1所述的设备，其中，所述电流是AC和DC的组合。23.一种由如权利要求1所述的设备生产的石墨烯。24.如权利要求23所述的石墨烯，其中，所述石墨烯是乱层石墨烯。25.一种用于合成石墨烯的设备，所述设备包括：内电极和外电极；在所述内电极和所述外电极之间的针对碳源的用于对碳源进行焦耳加热的空间，其中，所述内电极和所述外电极定位成通过所述用于对碳源进行焦耳加热的空间径向施加电流；相对于所述内电极和所述外电极定位的进入开口，以允许将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中；以及连接到所述内电极和所述外电极的电源，用于使电流通过所述内电极和所述外电极，以将所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中的所述碳源的至少一部分转化为石墨烯。26.如权利要求25所述的设备，其中，所述外电极围绕所述用于对碳源进行焦耳加热的空间。27.如权利要求25所述的设备，还包括用于冷却包括所述内电极和所述外电极的组中的至少一者的冷却部件。28.如权利要求25所述的设备，其中，所述电流是DC。29.如权利要求25所述的设备，其中，所述电流是AC。30.如权利要求25所述的设备，其中，所述电流是AC和DC的组合。31.一种用于合成石墨烯的设备，所述设备包括：用于容纳碳源的容器，其中，所述容器包括第一电极；在第二电极和所述第一电极之间施加电流以用于对碳源进行焦耳加热的空间，其中，所述碳源位于所述第一电极和所述第二电极之间；用于将所述容器移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间的移动部件；以及连接到所述第一电极和所述第二电极的电源，用于使电流通过所述电极以将所述碳源的至少一部分转化为石墨烯。32.如权利要求31所述的设备，其中，所述移动部件是传送带。33.一种用于合成石墨烯的方法，所述方法包括：将碳源沿第一方向移动到在第一方向上用于对碳源进行焦耳加热的空间中；以及沿第二方向利用至少两个电极向所述碳源施加电流，所述至少两个电极定位成允许所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中，其中，所述第一方向和所述第二方向不同。34.如权利要求33所述的方法，其中，向所述碳源施加电流还包括：以较低的电压向所述碳源施加第一电流以从所述碳源去除水分和挥发性物质；以及以较高的电压向所述碳源施加第二电流以将所述碳源转化为石墨烯。35.如权利要求34所述的方法，其中，所述较低的电压将所述碳源加热到400℃
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800℃的温度。36.如权利要求33所述的方法，其中，所述电流被施加50毫秒至约1秒。37.如权利要求34所述的方法，其中，所述较高的电压将所述碳源加热到2800℃
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3200
℃。38.如权利要求33所述的方法，还包括压缩所...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：普世物料公司，
类型：发明
国别省市：