本發(fā)明涉及納米碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種石墨烯及其制備方法和微射流設(shè)備。

背景技術(shù)：

由于具有獨特的微觀結(jié)構(gòu)，納米材料呈現(xiàn)出一系列不同于傳統(tǒng)材料的效應(yīng)，比如體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)和介電限域效應(yīng)等，上述這些效應(yīng)導(dǎo)致了納米材料在熔點、蒸氣壓、光學(xué)性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)性、磁性、超導(dǎo)及塑性形變等許多物理和化學(xué)方面都顯示出特殊的性能。目前，關(guān)于納米材料的制備、表征以及應(yīng)用等各方面都成為了研究的熱點。石墨烯作為納米材料的一個重要分支，近年來備受各國重視的新型材料。

目前，石墨烯的制備方法主要有機械剝離法、氧化還原法和SiC外延法等。機械剝離法是利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對運動，得到石墨烯薄層材料的方法。這種方法操作簡單，得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結(jié)構(gòu)。2004年英國兩位科學(xué)使用透明膠帶對天然石墨進(jìn)行層層剝離得到了石墨烯，這種方法也被歸為機械剝離法，這種方法一度被認(rèn)為生產(chǎn)效率低，無法工業(yè)化量產(chǎn)。

氧化還原法是通過使用硫酸、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。然后將反應(yīng)物進(jìn)行水洗，并對洗凈后的固體進(jìn)行低溫干燥，制得氧化石墨體。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對氧化石墨體進(jìn)行剝離，制得氧化石墨烯。最后通過化學(xué)法將氧化石墨烯還原，得到石墨烯。這種方法操作簡單，產(chǎn)量高，但是產(chǎn)品質(zhì)量較低。氧化還原法使用硫酸、硝酸等強酸，存在較大的危險性，又須使用大量的水進(jìn)行清洗，造成較大的環(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。但由于在對氧化石墨烯進(jìn)行還原時，較難控制還原后石墨烯的氧含量，同時氧化石墨烯在陽光照射、運輸時車廂內(nèi)高溫等外界環(huán)境影響下會不斷的還原，因此氧化還原法生產(chǎn)的不同批次的石墨烯的品質(zhì)往往不一致，難以控制其品質(zhì)，這嚴(yán)重制約了石墨烯的潛在應(yīng)用。

SiC外延法是通過在超高真空的高溫環(huán)境下，使硅原子升華脫離材料，剩下的碳原子通過自組形式重構(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，但是這種方法對設(shè)備要求較高。

高品質(zhì)石墨烯的工業(yè)化大規(guī)模制備一直是本領(lǐng)域的技術(shù)難題。有鑒于此，特提出本發(fā)明以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

微射流設(shè)備是結(jié)合了高壓射流技術(shù)、撞擊流技術(shù)和傳統(tǒng)高壓均質(zhì)技術(shù)，利用高壓氣體或液壓泵產(chǎn)生的高壓將物料運送至振蕩反應(yīng)器中，高速流體在微孔道中發(fā)生剪切作用并分散成多股高速流體，進(jìn)一步在撞擊腔內(nèi)發(fā)生高速撞擊，流體的動能瞬間轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生巨大壓力降后形成高達(dá)100～500MPa的靜壓力，同時振蕩芯片在高速撞擊過程中產(chǎn)生高頻超聲波作用，從而使得物料發(fā)生強剪切粉碎、高速撞擊、氣蝕、振蕩和膨化等作用，可實現(xiàn)顆粒的細(xì)化、乳化、均質(zhì)和改性的效果。

現(xiàn)有的微射流設(shè)備中的高壓閥閥芯通常是采用陶瓷或者常規(guī)金屬材料制作而成。當(dāng)處于超高壓和超高速射流的環(huán)境下在加工硬度較高的物料時，閥芯磨損嚴(yán)重甚至破裂，需要反復(fù)進(jìn)行更換；另外，現(xiàn)有的閥座通常采用針狀噴射通道，此種通道在處理粒徑較大的物料時往往容易出現(xiàn)堵塞的問題。

本發(fā)明的第一個目的在于提供一種微射流設(shè)備，所述微射流設(shè)備是在高壓下利用閥芯與閥座的配合作用，通過閥芯與閥座之間的相對運動來改變環(huán)形間隙的大小以達(dá)到節(jié)流面積的調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生高速射流，實現(xiàn)對石墨的剝離、剪切和細(xì)化，其中，所述閥芯采用金剛石閥芯，使其能夠制備硬度較高的粉體，改善了傳統(tǒng)閥芯不耐磨損且容易損壞，需要經(jīng)常更換的缺陷；同時在閥座上設(shè)置狹縫式通道以供石墨通過，解決了傳統(tǒng)針狀噴射口容易堵塞的技術(shù)問題。

本發(fā)明的第二個目的在于提供一種石墨烯的制備方法，所述制備方法采用上述微射流設(shè)備，工藝簡單，操作方便，且制備過程中能源消耗低，發(fā)熱量小，不產(chǎn)生廢氣和廢水，安全環(huán)保，，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的第三個目的在于提供一種石墨烯，采用本發(fā)明所述制備方法制備所得石墨烯厚度為納米級別，寬度為亞微米或者微米級別，尺寸均勻，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，不需要二次篩選即可得到純度大于等于99％的高品質(zhì)產(chǎn)品。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種微射流設(shè)備，包括進(jìn)料室和反應(yīng)腔，所述進(jìn)料室的一端設(shè)有開口以供活塞伸入，所述活塞在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下沿所述進(jìn)料室做反復(fù)運動，所述進(jìn)料室的另一端與所述反應(yīng)腔相連；

所述反應(yīng)腔設(shè)置有閥內(nèi)件，所述閥內(nèi)件包括閥芯和與其配合使用的閥座，所述閥座設(shè)置于所述反應(yīng)腔內(nèi)部，并靠近所述進(jìn)料室的一側(cè)，所述閥座上還設(shè)有供石墨通過的狹縫式通道；

所述閥芯的一端伸入所述反應(yīng)腔，與所述閥座之間形成環(huán)形間隙，并通過調(diào)節(jié)所述閥芯與所述閥座之間的相對距離來控制環(huán)形間隙的大小，進(jìn)而控制所述環(huán)形間隙的節(jié)流面積，所述閥芯的另一端伸出所述反應(yīng)腔，其中，所述閥芯為金剛石閥芯；

在所述活塞的作用下，加入所述進(jìn)料室中的石墨分散液可以通過所述閥座上的所述狹縫式通道和所述環(huán)形間隙進(jìn)入所述反應(yīng)腔。

本發(fā)明提供的一種微射流設(shè)備，所述微射流設(shè)備是在高壓下利用閥芯與閥座的配合作用，通過改變閥芯與閥座之間的環(huán)形間隙來調(diào)節(jié)節(jié)流面積，從而產(chǎn)生高速射流，進(jìn)而實現(xiàn)對石墨的剝離、粉碎、剪切和細(xì)化，其中，所述閥芯采用金剛石閥芯，使其能夠制備硬度較高的物料粉體，改善了傳統(tǒng)閥芯不耐磨損且容易損壞，需要經(jīng)常更換的缺陷；同時在閥座上設(shè)置狹縫式通道以供石墨通過，解決了傳統(tǒng)針狀噴射口容易堵塞的技術(shù)問題。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)料室的一側(cè)還設(shè)置有進(jìn)料口，所述進(jìn)料室與所述進(jìn)料口之間通過單向閥進(jìn)行石墨的輸送。

進(jìn)一步的，還包括用于收集所述反應(yīng)腔中的石墨烯的收集腔，所述收集腔位于所述反應(yīng)腔遠(yuǎn)離所述進(jìn)料室的一側(cè)，所述收集腔與所述反應(yīng)腔相連通。

進(jìn)一步的，還包括冷卻裝置，通過所述冷卻裝置將所述進(jìn)料室、反應(yīng)腔和收集腔的溫度控制在0-60℃；

所述反應(yīng)腔的壓力為150-200MPa。

本發(fā)明還提供了一種石墨烯的制備方法，采用上述微射流設(shè)備，包括如下步驟：

(1)將石墨、分散劑、增稠劑和任選的的金屬絡(luò)合劑混合，攪拌均勻后得到石墨分散液；

(2)將石墨分散液移至微射流設(shè)備的進(jìn)料室中，在活塞的作用下，進(jìn)料室中的石墨分散液通過閥座上的狹縫式通道以及閥芯和閥座之間的環(huán)形間隙進(jìn)入反應(yīng)腔，經(jīng)過微射流循環(huán)處理后，得到石墨烯溶液；

(3)將石墨烯溶液離心后得到的石墨烯沉淀干燥，得到石墨烯。

本發(fā)明提供的一種石墨烯的制備方法，所述制備方法工藝簡單，操作方便，且制備過程中能源消耗低，發(fā)熱量小，不產(chǎn)生廢氣和廢水，安全環(huán)保，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

進(jìn)一步的，按照重量百分?jǐn)?shù)計，所述石墨占原料的重量百分比為0.1-30％，所述增稠劑占原料的重量百分比為0.1-5％，所述金屬絡(luò)合劑占原料的重量百分比為0.1-2％，所述分散劑補足余量至100％。

進(jìn)一步的，在步驟(1)中，所述混合的溫度為60-85℃。

進(jìn)一步的，在步驟(2)中，所述微射流設(shè)備的處理壓力為150-200MPa；采用所述微射流設(shè)備循環(huán)處理的次數(shù)為1-3次。

進(jìn)一步的，在步驟(2)中將所述石墨分散液采用上述所述的微射流設(shè)備處理后，還包括采用針孔式微射流設(shè)備進(jìn)行再次循環(huán)處理后，得到石墨烯溶液的步驟；

所述針孔式微射流設(shè)備的處理壓力為300-450MPa，采用所述針孔式微射流設(shè)備循環(huán)處理的次數(shù)為1-3次。

此外，本發(fā)明還提供了一種石墨烯，所述石墨烯采用上述制備方法制備所得。

本發(fā)明的有益效果為：采用上述制備方法制備得到石墨烯厚度為納米級別，寬度為亞微米或者微米級別，尺寸均勻，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，不需要二次篩選即可得到純度大于等于99％的高品質(zhì)產(chǎn)品。

附圖說明

圖1為微射流設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為處理前石墨的電鏡圖；

圖3為實施例1中石墨烯的電鏡圖；

圖4為實施例1中石墨烯的另一標(biāo)尺的電鏡圖；

圖5為實施例2中石墨烯的電鏡圖；

圖6為實施例3中石墨烯的電鏡圖；

圖7為實施例4中石墨烯的電鏡圖；

圖8為實施例5中石墨烯的電鏡圖。

圖標(biāo)：1-進(jìn)料室；2-反應(yīng)腔；3-收集腔；4-閥芯；5-閥座；6-活塞；7-驅(qū)動裝置；8-石墨；9-閥體；11-進(jìn)料口；12-單向閥；41-環(huán)形間隙；51-狹縫式通道。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種微射流設(shè)備，具體如圖1所示，包括進(jìn)料室1和反應(yīng)腔2，進(jìn)料室1的一端設(shè)有開口以供活塞6伸入，活塞6在驅(qū)動裝置7的驅(qū)動下沿進(jìn)料室1做反復(fù)運動，進(jìn)料室1的另一端與反應(yīng)腔2相連。

閥內(nèi)件為高壓閥的核心部件，其設(shè)置在反應(yīng)腔2內(nèi)。閥內(nèi)件包括閥芯4和與其配合使用的閥座5。閥芯4是閥內(nèi)件最為關(guān)鍵的部件，同時是高壓閥的可動部件，閥座5為固定部件。閥芯4與閥座5配合使用，可緊密關(guān)閉切斷流體，可通過改變節(jié)流面積來調(diào)整物料的通過量。

具體的，閥座5設(shè)置于反應(yīng)腔2內(nèi)部，并靠近進(jìn)料室1的一側(cè)，閥芯4設(shè)置在閥座5遠(yuǎn)離進(jìn)料室1的一側(cè)。閥芯4的一端伸入反應(yīng)腔2，與閥座5之間形成環(huán)形間隙41，閥芯4的另一端伸出反應(yīng)腔2和閥體9。閥芯4與閥座5之間形成環(huán)形間隙41，并通過控制閥芯4與閥座5之間的相對距離來調(diào)節(jié)環(huán)形間隙41的大小，從而調(diào)節(jié)環(huán)形間隙41的節(jié)流面積。其中，閥座5上設(shè)有供石墨8通過的狹縫式通道51，為了提高閥內(nèi)件的耐磨性能，閥芯4為金剛石閥芯。

在活塞6的作用下，加入進(jìn)料室1中的石墨8通過閥座5上的狹縫式通道51和環(huán)形間隙41進(jìn)入反應(yīng)腔2。

本發(fā)明提供的一種微射流設(shè)備，所述微射流設(shè)備是在高壓下利用閥芯4與閥座5的配合作用，通過改變閥芯4與閥座5之間的環(huán)形間隙41來調(diào)節(jié)節(jié)流面積，從而產(chǎn)生高速射流，進(jìn)而實現(xiàn)對石墨8的剝離、剪切和細(xì)化。其中，閥芯4采用金剛石閥芯，改善了傳統(tǒng)閥芯不耐磨損且容易損壞，需要經(jīng)常更換的缺陷，增加了閥芯和閥座在高壓高射流環(huán)境中的使用壽命，對于硬度較低或者較高的材料，本設(shè)備均可以制備；同時，在閥座5上設(shè)置狹縫式通道51以供石墨8通過，解決了傳統(tǒng)針狀噴射口容易堵塞的技術(shù)問題。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，進(jìn)料室1的一側(cè)還設(shè)置有進(jìn)料口11，進(jìn)料室1與進(jìn)料口11之間通過單向閥12進(jìn)行石墨8的輸送。

當(dāng)活塞6推動石墨8向閥內(nèi)件運動時，單向閥12處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)活塞6返回時，單向閥12在負(fù)壓下啟動，石墨8進(jìn)入進(jìn)料室1，進(jìn)料完成。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，還包括用于收集反應(yīng)腔2中的石墨8的收集腔3，收集腔3位于反應(yīng)腔2遠(yuǎn)離進(jìn)料室1的一側(cè)，收集腔3與反應(yīng)腔2相連通，反應(yīng)腔2中處理好的石墨烯可轉(zhuǎn)移至收集腔3內(nèi)。從圖中1可以看出，收集腔3為“凹”字形。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，反應(yīng)腔2的壓力設(shè)置為150-200MPa。

在本發(fā)明中，反應(yīng)腔2典型但非限制性的的壓力值為150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa或200MPa。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，還包括冷卻裝置，冷卻裝置位于微射流設(shè)備的下方。通過冷卻裝置將進(jìn)料室1、反應(yīng)腔2和收集腔3的溫度控制在0-60℃。冷卻裝置可以為多種形式，在本發(fā)明中，冷卻裝置優(yōu)選為工業(yè)冷凍水循環(huán)裝置。

將整個設(shè)備的工作溫度控制在0-60℃，以避免在高壓、高射流環(huán)境下產(chǎn)生的熱量對石墨8的細(xì)化造成不利影響。

本設(shè)備的工作原理為：啟動驅(qū)動裝置7，推動活塞6運動，活塞6將能量傳遞給進(jìn)料室1中的石墨8，當(dāng)進(jìn)料室1集聚一定能量時，閥芯4打開，進(jìn)料室1中的石墨8限流通過閥座5上的狹縫式通道51以及閥芯4和閥座5之間的環(huán)形間隙41，在超高壓條件下形成的超高速射流與反應(yīng)腔2產(chǎn)生強烈碰撞，引發(fā)空隙、爆破、剪切等效應(yīng)，將石墨8剝離成石墨烯，完成一組動作后，活塞6返回，單向閥12在負(fù)壓下啟動，石墨8進(jìn)入進(jìn)料室1，完成一次循環(huán)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種石墨烯的制備方法，采用上述微射流設(shè)備包括如下步驟：

(1)將石墨、分散劑、增稠劑和任選的金屬絡(luò)合劑混合，攪拌均勻后得到石墨分散液；

(2)將石墨分散液移至微射流設(shè)備的進(jìn)料室中，在活塞的作用下，進(jìn)料室中的石墨分散液通過閥座上的狹縫式通道以及閥芯和閥座之間的環(huán)形間隙進(jìn)入反應(yīng)腔，經(jīng)過微射流循環(huán)處理若干次后，得到石墨烯溶液；

(3)將石墨烯溶液離心后得到的石墨烯沉淀干燥，得到石墨烯。

本發(fā)明提供的一種石墨烯的制備方法，所述制備方法工藝簡單，操作方便，且制備過程中能源消耗低，發(fā)熱量小，安全環(huán)保，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，在步驟(1)之前，采用強氧化劑對石墨進(jìn)行處理，再采用上述制備方法，所得到的石墨烯的質(zhì)量和各方面性能更好。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，在步驟(1)中，當(dāng)原料中添加有金屬絡(luò)合劑時，按照重量百分?jǐn)?shù)計，所述石墨占原料的重量百分比為0.1-30％，所述增稠劑占原料的重量百分比為0.1-5％，所述金屬絡(luò)合劑占原料的重量百分比為0.1-2％，所述分散劑補足余量至100％。

應(yīng)該說明的是，此處所說的“原料”為石墨、分散劑、增稠劑和任選的金屬絡(luò)合劑的總和。

需要說明的是，在本發(fā)明中，石墨是指石墨粉，粒徑通?？蔀閹孜⒚谆蛘呱习傥⒚撞坏取Ｊ湫偷窍拗菩缘闹亓糠?jǐn)?shù)為0.1％、0.5％、1％、2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％和30％。

分散劑的作用主要是使得石墨在水中分散均勻，防止石墨的團(tuán)聚。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，分散劑為水、甲醇、乙醇、丁醇、丙二醇、丙三醇其中的一種或至少兩種的組合。具體選用哪種組分作為分散劑，主要是根據(jù)石墨的特性進(jìn)行確定，前提是要確保分散劑與石墨不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。分散劑典型但非限制性的重量百分?jǐn)?shù)為0.2％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％和99％。

增稠劑和金屬絡(luò)合劑可以進(jìn)一步加強石墨在分散劑中分散的均勻性和穩(wěn)定性，有利于后續(xù)的微射流循環(huán)處理。其中，金屬絡(luò)合劑可根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇性添加。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，增稠劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚二甲基硅氧烷中的一種或至少兩種的組合。增稠劑典型但非限制性的重量分?jǐn)?shù)為0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，金屬絡(luò)合劑為乙二胺四乙酸二鈉、氨三乙酸鈉或聚丙烯酸鈉中的一種或至少兩種的組合。金屬絡(luò)合劑典型但非限制性的重量分?jǐn)?shù)為0.1％、0.3％、0.5％、0.75％、1％、1.2％、1.5％、1.7％或2％。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，在步驟(1)中，混合的溫度為60-85℃。

在本發(fā)明中，混合過程中典型但非限制性的溫度為60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃、80℃、82℃或85℃。

在本發(fā)明中，攪拌至均勻所需的時間可根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選為0.5-3h。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，在步驟(2)中，微射流設(shè)備的處理壓力為150-200MPa；采用微射流設(shè)備循環(huán)處理的次數(shù)為1-3次。

微射流設(shè)備的處理壓力可高達(dá)150-200MPa。在本發(fā)明中，微射流設(shè)備典型但非限制性的壓力為150MPa、155MPa、160MPa、165MPa、170MPa、175MPa、180MPa、185MPa、190MPa、195MPa或200MPa。

增加循環(huán)處理次數(shù)，可進(jìn)一步增強石墨烯的細(xì)化程度。在本發(fā)明中，循環(huán)處理過程中典型但非限制性的次數(shù)為1次、2次或3次。

在步驟(2)中殘留的石墨烯溶液可回收供下次使用，節(jié)約了人工成本、設(shè)備成本和材料成本。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，在步驟(2)中，將所述石墨分散液采用上述所述的微射流設(shè)備處理后，還包括采用針孔式微射流設(shè)備進(jìn)行再次循環(huán)處理后，得到石墨烯溶液的步驟；

所述針孔式微射流設(shè)備的處理壓力為300-450MPa，采用所述針孔式微射流設(shè)備循環(huán)處理的次數(shù)為1-3次。

針孔式微射流設(shè)備就是閥座采用針狀噴射通道的高壓微射流設(shè)備，此為現(xiàn)有設(shè)備，例如，美國必宜DeBEE超高壓微射流設(shè)備。應(yīng)該說明的是，本發(fā)明中提到的微射流設(shè)備均指本發(fā)明提供的具有狹縫式通道的微射流設(shè)備，針孔式微射流設(shè)備是指現(xiàn)有的閥座采用針狀噴射通道的微射流設(shè)備。

采用本發(fā)明中的微射流設(shè)備對石墨分散液進(jìn)行循環(huán)處理后，可使得石墨烯的厚度處于納米級別。

在采用本發(fā)明中的微射流設(shè)備對石墨分散液進(jìn)行循環(huán)處理后，再采用針孔式微射流設(shè)備進(jìn)行二次循環(huán)處理，可對石墨烯作進(jìn)一步細(xì)化。且采用本發(fā)明中的微射流設(shè)備處理后的石墨烯厚度處于納米級別，不易堵塞用于進(jìn)行后續(xù)處理的針孔式微射流設(shè)備的針狀噴射通道，可根據(jù)實際需要確定是否采用針孔式微射流設(shè)備進(jìn)行二次循環(huán)處理。

針孔式微射流設(shè)備的處理壓力大于本發(fā)明中的微射流設(shè)備的處理壓力。在本發(fā)明中，針孔式微射流設(shè)備典型但非限制性的處理壓力為300MPa、310MPa、320MPa、330MPa、340MPa、350MPa、360MPa、370MPa、380MPa、390MPa、400MPa、410MPa、420MPa、430MPa、440MPa或450MPa。

在本發(fā)明中，針孔式微射流設(shè)備典型但非限制性的處理次數(shù)為1次、2次或3次。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種石墨烯，所述石墨烯采用本發(fā)明制備方法制備所得。

本發(fā)明提供的一種石墨烯，采用本發(fā)明制備方法制備得到，所得石墨烯尺寸可處于亞微米或者微米級別，厚度為納米級別，尺寸均勻，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，不需要二次篩選即可得到純度大于等于99％的高品質(zhì)產(chǎn)品。

下面結(jié)合具體實施例和實驗例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實施例1

本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

(1)將石墨、乙醇、水、聚乙二醇和聚丙烯酸鈉于60℃混合，攪拌均勻后得到石墨分散液；

其中，按照重量分?jǐn)?shù)計，石墨占原料的重量百分比為1％，聚乙二醇占原料的重量百分比為1％，聚丙烯酸鈉占原料的重量百分比為0.3％，乙醇占原料的重量百分比為2％，水補足余量至100％。

(2)將石墨分散液移至微射流設(shè)備中，于160MPa微射流循環(huán)處理1次后，得到石墨烯溶液。

(3)將石墨烯溶液離心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

實施例2

本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

(1)將石墨、乙醇、水、聚乙二醇和聚丙烯酸鈉于60℃混合，攪拌均勻后得到石墨分散液；

其中，按照重量分?jǐn)?shù)計，石墨占原料的重量百分比為1％，聚乙二醇占原料的重量百分比為1％，聚丙烯酸鈉占原料的重量百分比為0.3％，乙醇占原料的重量百分比為2％，水補足余量至100％。

(2)將石墨分散液移至微射流設(shè)備中，于160MPa微射流循環(huán)處理3次后，得到石墨烯溶液。

(3)將石墨烯溶液離心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

實施例3

本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

(1)將石墨、乙醇、水、聚乙二醇和聚丙烯酸鈉于70℃混合，攪拌均勻后得到石墨分散液；

其中，按照重量分?jǐn)?shù)計，石墨占原料的重量百分比為10％，聚乙二醇占原料的重量百分比為1％，聚丙烯酸鈉占原料的重量百分比為0.3％，乙醇占原料的重量百分比為20％，水補足余量至100％。

(2)將石墨分散液移至微射流設(shè)備中，于160MPa微射流循環(huán)處理1次后，采用針孔式微射流設(shè)備于350MPa進(jìn)行再次循環(huán)處理2次后，得到石墨烯溶液。

(3)將石墨烯溶液離心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

實施例4

本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

(1)將石墨、乙醇、水、聚乙二醇和聚丙烯酸鈉于70℃混合，攪拌均勻后得到石墨分散液；

其中，按照重量分?jǐn)?shù)計，石墨占原料的重量百分比為30％，聚乙二醇占原料的重量百分比為1％，聚丙烯酸鈉占原料的重量百分比為0.5％，乙醇占原料的重量百分比為45％，水補足余量至100％。

(2)將石墨分散液移至微射流設(shè)備中，于160MPa微射流循環(huán)處理1次后，采用針孔式微射流設(shè)備于350MPa進(jìn)行再次循環(huán)處理2次后，得到石墨烯溶液。

(3)將石墨烯溶液離心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

實施例5

本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

(1)將石墨、甘油、水、聚二甲基硅氧烷和乙二胺四乙酸二鈉于80℃混合，攪拌均勻后得到石墨分散液；

其中，按照重量分?jǐn)?shù)計，石墨占原料的重量百分比為20％，聚二甲基硅氧烷占原料的重量百分比為4％，乙二胺四乙酸二鈉占原料的重量百分比為2％，甘油占原料的重量百分比為20％，水補足余量至100％。

(2)將石墨分散液移至微射流設(shè)備中，于200MPa微射流循環(huán)處理3次后，采用針孔式微射流設(shè)備于450MPa進(jìn)行再次循環(huán)處理3次后，得到石墨烯溶液。

(3)將石墨烯溶液離心后得到的石墨烯沉淀，干燥，得到石墨烯。

實驗例1

對上述實施例的原料石墨以及實施例1-5的制備所得的石墨烯進(jìn)行電鏡檢測，具體結(jié)果如圖2-8所示。

圖2為微射流處理前石墨的電鏡圖，從圖中可以看出，石墨結(jié)構(gòu)不規(guī)則，尺寸較大，片層較厚，為毫米級。

在采用本發(fā)明的微射流設(shè)備對石墨進(jìn)行處理后，所得的石墨片(對應(yīng)實施例1)以不同厚度的片層重疊排列，尺寸為微米級別，具體如圖3和圖4所示。

實施例2為實施例1的對照實驗，兩者不同之處在于實施例2中采用微射流設(shè)備進(jìn)行多次循環(huán)處理。圖4和圖5分別為實施例1和實施例2的電鏡圖。從圖中可以看出，實施例2中的石墨烯的幾何尺寸明顯變小，其平面寬度小于2um。

實施例3、實施例4和實施例5均在使用本發(fā)明的微射流設(shè)備之后再采用處理壓力更高的針孔式微射流設(shè)備進(jìn)行循環(huán)處理，所得到的石墨烯的電鏡圖分別如圖6、圖7和圖8所示。從圖6和圖7中可以看出，石墨烯層數(shù)可少于10層。尤其是從圖8中可見，局部生成的石墨烯的厚度非常薄，存在單層或寡層石墨烯，同時可以觀察到單層或寡層的石墨烯的自組裝現(xiàn)象，并形成規(guī)則的石墨烯自我排序組合。由此可以看出，所制備的石墨烯的尺寸或者形貌與微射流設(shè)備的處理壓力和循環(huán)處理次數(shù)直接相關(guān)。在一定范圍內(nèi)，微射流設(shè)備的處理壓力越高，循環(huán)處理次數(shù)越多，所制備得到的石墨烯越薄。

同時，本發(fā)明中的微射流設(shè)備除了處理石墨外，還對其他納米碳材料、生物脂質(zhì)體等材料進(jìn)行處理，也可實現(xiàn)上述材料的平均粒徑由微米級別到納米級別的轉(zhuǎn)變。這說明本發(fā)明的制備方法和微射流設(shè)備對于石墨、其他納米碳材料和生物脂質(zhì)體等材料都有著良好的效果。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。