一种高分散石墨烯粉体的制备装置
技术领域
本发明属于石墨烯制备装置的技术领域，具体涉及一种高分散石墨烯粉体的制备装置。
背景技术
石墨烯是一种以sp2杂化轨道相连接构成呈六角型蜂巢晶格的单层碳原子，具有反常量子霍尔效应、双极电场效应、高载流子浓度(2×106cm2V-1s-1)、高热导率(5000WmK-1)和高比表面积(2630m2g-1)等特征，被认为是最有潜力的二维材料之一。但是，单层石墨烯是无带隙材料，在微电子领域等多种场合下限制了其广泛应用。因此，研究人员开发出了多种手段以调节石墨烯的电子结构，包括表面修饰和化学掺杂。经过氮、硫、磷、硼等杂原子掺杂处理后，石墨烯的理化性质和电学特征能够得到本质改变。例如，氮杂石墨烯是良好的电子给体，具有优异的电子导通能力，因而在储能相关领域中得到较多应用；将氮或硼原子掺入石墨烯层中，可以将无带隙的石墨烯转变为n-型或p-型半导体，有望应用于工业逻辑电路。
目前，制备掺杂石墨烯的方法有化学气相沉积法(CVD)、球磨法、湿化学法、电弧法、等离子体法等。
湿化学法采用氧化石墨为前驱体，在液相中通过化学反应将杂原子掺杂进入石墨烯基面中，此法的优势是能够在温和的环境下实现石墨烯的掺杂。而现有采用湿化学法在试剂进行石墨烯制备时，将石墨烯浆液放入到乳化筒中，利用驱动电机转动均质头来使石墨浆料进一步分散于剥离用液体中，其分离效果不佳；除此，在进一步分离得到石墨烯粉体后，石墨烯粉体的干燥效果差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种高分散石墨烯粉体的制备装置，以解决石墨烯分离效果不佳和石墨烯粉体干燥效果不佳的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种高分散石墨烯粉体的制备装置，其包括分离室和烘干室；
分离室包括分离腔和环设于分离腔外的水浴腔；水浴腔内安装加热棒；分离室顶部固定进液腔，进液腔顶部开设引流口；进液腔底部开设用于连通分离腔的导流口；导流口上盖设L型盖板的底板，L型盖板的顶部与拉环连接；分离室顶部安装驱动电机，驱动电机与搅拌轴连接；搅拌轴的两侧分别设置隔网，隔网内容置若干个螺旋球；位于隔网上、下端的搅拌轴上设置搅拌叶；分离室底部的两端分别设置第一斜板和第二斜板，第一斜板和第二斜板上均开设有若干沿倾斜方向的沟槽；第一斜板底部和第二斜板底部之间开设收集槽；
烘干室包括烘干腔和环设于烘干腔外围的加热腔；烘干腔顶部安装旋转电机；旋转电机与三角浆连接；烘干腔的底部倾斜设置第一振动组件和第二振动组件；第一振动组件和第二振动组件之间水平设置第三振动组件；烘干腔和加热腔之间通过引风扇连通；加热腔内安装至少两个加热丝；加热腔顶部通过引风机与外部氮气连通。
优选地，水浴腔与进水管连通，进水管上安装控制阀。
优选地，进液腔的材质为透明玻璃，其侧面设置用于指示体积的刻度线。
优选地，分离室与出水管连通，出水管与水泵连通。
优选地，螺旋球上开设若干盘旋设置的通孔。
优选地，烘干腔顶部开设进料口。
优选地，烘干腔腔壁的材质为金属材质。
优选地，第一振动组件、第二振动组件和第三振动组件均包括振动板、与振动板垂直连接的传动轴和随动轴，随动轴下方设有弹簧，传动轴与直线电机连接。
本发明提供的高分散石墨烯粉体的制备装置，具有以下有益效果：
本发明先通过分离室将石墨浆料进行高效分散，并收集得到带有较多水分的石墨烯粉体；随后，将收集的石墨烯粉体导入烘干室内，同时向烘干室内引入热风，实现石墨烯粉体的脱水干燥。
附图说明
图1为高分散石墨烯粉体的制备装置的分离室结构图。
图2为高分散石墨烯粉体的制备装置螺旋球结构图。
图3为高分散石墨烯粉体的制备装置烘干室结构图。
图4为高分散石墨烯粉体的振动组件结构图。
其中，1、分离室；2、进液腔；3、拉环；4、L型盖板；5、保护盖；6、引流口；7、刻度线；8、导流口；9、驱动电机；10、搅拌轴；11、搅拌叶；12、隔网；13、螺旋球；131、通孔；14、分离腔；15、水浴腔；16、第一斜板；17、沟槽；18、收集槽；19、第二斜板；20、进水管；21、控制阀；22、水泵；23、出水管；24、加热棒；25、第一振动组件；251、振动板；252、弹簧；253、传动轴；254、直线电机；255、随动轴；26、烘干室；27、加热丝；28、引风扇；29、烘干腔；30、旋转电机；31、三角浆；32、进料口；33、加热腔；34、第二振动组件；35、第三振动组件；36、引风机；37、空气阀。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的高分散石墨烯粉体的制备装置，包括分离室1和烘干室26。分离室1在搅拌的作用下，实现石墨浆料中石墨烯粉体的分离。烘干室26在导入带有热温的惰性气体的作用下，实现石墨烯粉体的脱水干燥。
以下将对上述分离室1和烘干室26进行详细描述。
分离室1
进液腔2安装于分离室1的顶部，在进液腔2的顶部开设引流口6，引流口6上安装保护盖5，避免污染进液腔2内的试剂。
进液腔2与分离腔14之间通过导流口8连通，导流口8上盖设L型盖板4的底板，L型盖板4的顶部与拉环3连接。
进液腔2的材质为透明材质，其具体材质可根据实际需求而定，其侧面设置用于指示体积的刻度线7，便于操作人员进行石墨烯浆料量的准确记录。
进液腔2的工作原理为：
操作人员通过引流口6将石墨烯浆料导入进液腔2内，在导入的同时，通过刻度线7进行体积的记录。当导入的量达到预设目标值时，停止导入，并通过拉环3将L型盖板4向上拉起，L型盖板4的底板将导流口8释放，石墨烯浆料进入分离腔14内。
分离腔14顶部为驱动电机9，驱动电机9与搅拌轴10连接；搅拌轴10的两侧分别设置隔网12，隔网12内容置若干个螺旋球13；位于隔网12上、下端的搅拌轴10上设置搅拌叶11。
参考图2，螺旋球13上开设若干个盘旋设置的通孔131，通孔131的孔径远远大于石墨烯浆料中的石墨烯粉体的直径。
隔网12中的螺旋球13在搅拌桨旋转的带动下一起旋转，由于螺旋球13中盘旋通孔131的作用，在水体浆料中将会形成多个涡流，由于螺旋球13的数量较多，螺旋球13上的通孔131方向不一致，则会在多个方向上形成涡流。而在涡流的作用下，将快速高效地实现石墨烯浆料中石墨烯的分离。相比于传统的普通旋转分离，本发明的螺旋球13可形成多个方向不同的涡流，每一个涡流均是一个具有更强力度的涡流场，而在不同方向的涡流场的旋转作用下，可更加快速高效地实现石墨烯粉体的分离。
分离室1底部的两端分别设置第一斜板16和第二斜板19，第一斜板16和第二斜板19上均开设有若干沿倾斜方向的沟槽17；第一斜板16底部和第二斜板19底部之间开设收集槽18。
第一斜板16和第二斜板19上开设沟槽17，沟槽17沿收集槽18方向设置。当涡流场分离后的石墨烯粉体落在第一斜板16和第二斜板19上时，石墨烯粉体进一步进入沟槽17内，并在水流和倾斜设置的沟槽17的作用下进入收集槽18内，进行暂时的存储。并在分离后，通过水泵22和出水管23将液体抽出。
水浴腔15环设于分离腔14外，水浴腔15的底部安装加热棒24，加热棒24的电源和加热温度的控制均位于分离室1外部，在此不再赘述。加热棒24作业开始加热，当水温到达预设温度后，停止加热。
其中，水浴腔15与进水管20连通，进水管20上安装控制阀21。分离腔14的腔壁材质为可导热材质，便于将水浴的温度传递至分离腔14内，通过水浴温度的传导，进一步加快石墨烯粉体的分离。
烘干室26
参考图3，烘干室26包括烘干腔29和环设于烘干腔29外围的加热腔33。
烘干腔29顶部安装旋转电机30，旋转电机30与三角浆31连接，烘干腔29的底部倾斜设置第一振动组件25和第二振动组件34；第一振动组件25和第二振动组件34之间水平设置第三振动组件35。
参考图4，第一振动组件25、第二振动组件34和第三振动组件35均包括振动板251、与振动板251垂直连接的传动轴253和随动轴255，随动轴255下方设有弹簧252，传动轴253与直线电机254连接。
其工作原理为：
直线电机254带动传动轴253上下运动，传动轴253带动振动板251上下运动，振动板251上下运动的位移等于随动轴255下弹簧252的位移，进而实现振动板251的振动。
烘干腔29和加热腔33之间通过引风扇28连通，加热腔33内安装至少两个加热丝27；加热腔33顶部通过引风机36与外部氮气连通。
烘干腔29顶部开设进料口32，用于石墨烯粉体的导入。烘干腔29腔壁的材质为金属材质，便于导热。
其工作原理为：
将带有水分粘合在一起的石墨烯粉体从进料口32导入，开启旋转电机30，三角浆31旋转作业(旋转速度可控)；将粘合在一起的石墨烯粉体进行分散。其中，质量较大或者未被分散的石墨烯粉体先落入第一振动组件25、第二振动组件34和第三振动组件35上，在振动组件振动的作用下，石墨烯粉体再次向上运动，三角浆31对其进行再一次的旋转分散，直至石墨烯粉体分散完全。
在搅拌分散的同时，通过引风机36将氮气或者其它惰性气体导入加热腔33中，加热丝27加热，将气体温度提升至预设温度，并通过引风扇28将热风导入烘干腔29内。配合三角浆31的旋转，形成热风旋涡，将石墨烯粉体在该热风旋涡中干燥脱水。
本发明先通过分离室1将石墨浆料进行高效分散，并收集得到带有较多水分的石墨烯粉体；随后，将收集的石墨烯粉体导入烘干室26内，同时向烘干室26内引入热风，实现石墨烯粉体的脱水干燥。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
