Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4297
.pdf
{0073}
[0286]
Еще один пример установки для производства графенового порошка, использующей газ в качестве струйного
потока, будет описан со ссылкой на рис. 3.
На рис. 3 представлена вторая блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения порошка графена в
приведенных примерах.
На рис. 3 показан аппарат 20 для производства графенового порошка, в структуру которого после
расщепления добавлена постобработка, аналогичная той, что показана на рис. 1.
1.
В установке для производства порошка графена (установка 20) показан случай, когда качество графена
изменяется с помощью плазмы атмосферного давления.
На рис. 3 те же символы, что и на рис. 1, обозначают те же компоненты, что и на рис. 1.
Общие компоненты те же, что описаны выше.
Дополнительные меры после лечения будут описаны далее.
[0287]
{0074}
[0288]
На рис. 3 показано, что устройство 20 для производства графенового порошка, помимо конструкции
устройства 1 для производства графенового порошка, показанной на рис. 1, включает в себя часть для
плазменной обработки 15, источник высоковольтного питания 16 и газовый баллон 13.
При подаче высокого напряжения от источника высокого напряжения 16 в части 15, предназначенной для
плазменной обработки, может генерироваться плазма.
В части 19, посвященной плазменной обработке, может генерироваться плазма атмосферного давления или
вакуумная плазма.
Газовый баллон 13 выпускает атмосферный газ, такой как Ar, N<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>,
NH<sub>3</sub> или O<sub>2</sub>.
[0289]
{0075}
[0290]
В части 15, предназначенной для плазменной обработки, плазма облучает порошок графена 7, выходящий из
выходной части 11 технологической камеры 5, для активации графена.
Одновременно с процедурой, газ, выходящий из газового баллона 13, впрыскивается в него и образует
плазму в части плазменной обработки 15, в результате чего функциональные группы присоединяются к
торцевым поверхностям графена, обеспечивая получение порошка графена 21 с присоединенными к нему
функциональными группами.
Согласно описанной процедуре, модифицирующая обработка может быть проведена для придания порошку
графена диспергируемости, электропроводности, теплопроводности, изоляционных свойств, свойств
теплового излучения и тому подобного, тем самым улучшая качество порошка графена.
Порошок графена 21 с прикрепленными к нему функциональными группами, прошедший дополнительную
обработку в части 15 плазменной обработки, отделяется и собирается в пылесборнике 6a через трубу 18,
удерживается в выходном резервуаре 6b и выводится при необходимости.
[0291]
{0076}
[0292]
Как описано выше, функциональные группы могут быть присоединены путем обработки плазмой.
В этом случае плазма может быть направлена на порошок графена 7 с использованием атмосферного газа,
такого как Ar, N<sub>2</sub>, NH<sub>3</sub> или O<sub>2</sub>, что обеспечивает наличие
функциональных групп в порошке графена 21.
[0293]
{0077}
[0294]
Согласно устройству для производства 20 порошка графена, показанному на рис. 3, порошок графена 7 после
расщепления может быть подвергнут последующей обработке в части 15 плазменной обработки для
получения порошка графена 21 с присоединенными к нему функциональными группами, что позволяет
дополнительно улучшить качество порошка графена.
В частности, могут быть улучшены такие его качества, как диспергируемость, электропроводность,
теплопроводность, изоляционные свойства, свойства теплового излучения и тому подобное.
[0295]
{0078}
[0296]
В качестве постобработки могут применяться другие методы модификации, например, обработка озоном под
воздействием ультрафиолетового излучения, вместо плазменной обработки.
[0297]
{0079}
[0298]
Устройство для производства порошка графена, использующее жидкость в качестве струйного потока, будет
описано со ссылкой на рис. 4.
[0299]
{0080}
[0300]
На рис. 4 представлена третья блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения порошка графена в
рассматриваемом примере.
[0301]
{0081}
[0302]
На фиг. 4 показано устройство для производства порошка графена 30, имеющее по меньшей мере
сверхвысоконапорный насос 34 в качестве блока вывода струйного потока и технологическую камеру 49 в
качестве камеры с замкнутым пространством, причем технологическая камера 49 имеет входное отверстие
39, через которое подается струйный поток жидкого сырья 33, содержащего графит, и жидкость, выходящая из
сверхвысоконапорного насоса 34, и выходное отверстие 41, через которое в технологическую камеру 49
подается порошок графена в виде мелких частиц, образованных в результате расщепления графена
струйным потоком жидкости.
Производственное устройство 30 для получения графенового порошка может иметь резервуар для сырья 32,
в который поступает и удерживается графит, жидкость и тому подобное, и выходной резервуар, который не
показан на рисунке.
[0303]
{0082}
[0304]
В аппарате 30 для производства порошка графена, показанном на рис. 4, в качестве сырья 33 используется
смесь природного графита или графитового порошка и жидкости, такой как вода или органический
растворитель.
Природный графит или графитовый порошок и жидкость, например вода или органический растворитель,
помещаются в резервуар для сырья 32, после чего образуется сырье 33 в виде суспензии.
В частности, графит в качестве сырья суспендируется в жидкости, образуя сырье в виде жидкости.
Сырье 33 в виде суспензии подается из резервуара для сырья 32 по трубе 38 в насос сверхвысокого давления
34.
В качестве примеров используемых жидкостей можно привести воду и органический растворитель, такой как
спиртовой растворитель (например, этанол, изопропанол и изобутанол), кетоновый растворитель (например,
метилэтилкетон, метилизобутилкетон и диэтилкетон) и эфирный растворитель (например, дибутиловый эфир,
диоксан и диметилсульфоксид).
Использование воды может обеспечить получение чистого порошка графена без модификаций, а
использование органического растворителя может обеспечить получение порошка графена с
присоединенными к нему функциональными группами, придающими ему функциональность.
[0305]
{0083}
[0306]
Насос сверхвысокого давления 34, используемый в качестве устройства для подачи струйного потока,
представляет собой устройство, которое повышает давление жидкости и непрерывно подает ее под
давлением; для этой цели может использоваться обычный насос сверхвысокого давления.
Насос сверхвысокого давления 34 создает давление в жидкости, содержащейся в сырье 33 в виде суспензии,
и тем самым подает струйный поток жидкости в виде сверхскоростной струи в двух направлениях по трубам
3S и 37.
Давление на выходе струи из насоса сверхвысокого давления 34 может быть установлено приблизительно в
диапазоне от 10 до 500 МПа, а диаметр сопла струи может быть установлен приблизительно в диапазоне от
0,1 до 1 мм.
В зависимости от конфигурации, поток жидкости может выходить со скоростью в диапазоне приблизительно
от 100 до 1000 м/с.
В показанном на рис. 4 устройстве для получения ионов графенового порошка 30 исходный материал 33 в
виде суспензии, содержащей графит и жидкость, помещается в насос сверхвысокого давления 34, и исходный
материал 33 в виде суспензии выводится из насоса сверхвысокого давления 34 в виде струи жидкости.
[0307]
{0084}
[0308]
Технологическая камера 49 представляет собой устройство, защищенное от воздуха клапаном, который не
показан на рисунке, и поддерживающее внутреннюю атмосферу в условиях высокого вакуума; для этой цели
может использоваться обычная прямоугольная технологическая камера.
В данном примере технологическая камера 43 заполнена жидкостью.
Входная часть 39 технологической камеры 49 принимает потоки жидкости 42 и 43 в виде сверхскоростной
струи сырья 33 в виде суспензии в двух направлениях через трубы 36 и 37 и имеет первый входной блок 39a и
второй входной блок 39b.
Первый входной блок 39a и второй входной блок 39b состоят каждый из сопел.
В этом примере показан случай, когда предусмотрены две входные части 39, причем направления входных
сигналов первого входного блока 39a и второго входного блока 39b противоположны друг другу.
В данном случае первый входной блок 39a и второй входной блок 39b расположены на поверхностях
прямоугольной технологической камеры 49, обращенных друг к другу.
Могут быть предусмотрены множественные пары, каждая из которых состоит из первого входного блока 39a и
второго входного блока 39b.
Входной блок 39 может иметь блок управления, не показанный на рисунке, который управляет направлениями
ввода первого входного блока 39a и второго входного блока 39fc в технологическую камеру 49.
Блок управления может контролировать каждое из направлений подачи струй жидкости 42 и 43, поступающих
из первого входного блока 39a и второго входного блока 39b в технологическую камеру 49.
Блок управления может быть сконфигурирован таким образом, чтобы направления входных сигналов от двух
входных блоков были противоположными друг другу, или может быть сконфигурирован таким образом, чтобы
направления входных сигналов были направлены к определенному положению стенки технологической
камеры 49.
В технологической камере 49 потоки жидкости 42 и 43 исходного материала 33 могут сталкиваться друг с
другом, что приводит к прямому расщеплению графита.
В качестве альтернативы, поток жидкости, содержащий сырье 33, может сталкиваться с внутренней стенкой
технологической камеры 49 для расщепления графита.
В технологической камере 49 порошок графена 40 выводится в виде мелких частиц путем расщепления
графита и жидкости из выходного отверстия 41.
Порошок графена 40, полученный из выходного отверстия 41, может быть повторно помещен в резервуар с
сырьем 32 через трубу 44 в зависимости от условий расщепления, и процесс расщепления может быть
повторен.
[0309]
{0085}
[0310]
В случае, если предусмотрен выходной резервуар, не показанный на рисунке, он удерживает и отводит
порошок графена 40 и, таким образом, жидкость, выходящую из выходной части 41 технологической камеры
49.
Кроме того, после расщепления порошок графена 40 и жидкость, полученная из выходной части 41, могут
быть подвергнуты процессу сушки для удаления жидкости, в результате чего будет выделен только порошок
графена 40.
В случае, если жидкостью является предполагаемый органический растворитель, порошок графена 40,
содержащийся в органическом растворителе, может использоваться в исходном виде без проведения
процесса сушки.
Жидкость, смешанная в резервуаре с сырьем 32, и жидкость, заполняющая технологическую камеру 49, могут
быть одинаковыми или различными друг от друга.
[0311]
{0086}
[0312]
Пример метода получения порошка графена, рассматриваемого в данном примере, будет описан со ссылкой
на рис. 4.
Технологическая камера 49 заполняется жидкостью, например водой, и включается.
Насос сверхвысокого давления 34 включен.
В резервуар для сырья 32 помещают графитовый порошок 33 в качестве сырья и воду, а сырье 33 в виде
суспензии подают в насос сверхвысокого давления 34 через трубу 38.
Насос сверхвысокого давления 34 создает давление в сырье 33 в виде суспензии и подает струи жидкости в
виде сверхскоростных струй в трубы 36 и 37 со скоростью 300 м/с, а струи жидкости 42 и 43 поступают из
первого входного блока 39a и второго входного блока 39b технологической камеры 49.
В технологической камере 49 первый входной блок 39a и второй входной блок 39b расположены друг
напротив друга, и сырье 33 в виде суспензии сталкивается друг с другом по мере того, как струи жидкости 42 и
43 проходят через них, тем самым осуществляя процесс расщепления графита.
В технологической камере 49 направления входных потоков в первую входную секцию 39a и вторую входную
секцию 39b управляются блоком управления таким образом, чтобы потоки жидкости 42 и 43 сталкивались друг
с другом, или, в качестве альтернативы, потоки жидкости 42 и 43 могут управляться таким образом, чтобы они
сталкивались с внутренней стенкой технологической камеры 49 соответственно.
[0313]
{0087}
[0314]
Процесс расщепления будет описан со ссылкой на рис. 5(а) и 5(б).
Рисунки 5(а) и 5(б) представляют собой иллюстративные диаграммы, описывающие расщепление порошка
графена в примере, показанном на рисунке.
4 Сырье 33 в виде суспензии может подаваться в технологическую камеру 49, заполненную водой, в двух
направлениях от первого входного блока 39a и второго входного блока 39b, и сталкиваться друг с другом в
виде струй жидкости 42 и 43, в результате чего струи жидкости 42 и 43, содержащие сырье 33 в виде
суспензии, проникают между слоями графита, вызывая его расщепление.
Кроме того, графит в сырье 33 в виде суспензии может сталкиваться друг с другом вместе с потоками
жидкости, образуя слой графита между другими слоями графита и вызывая расщепление графита.
Кроме того, графит в сырье 33 в виде суспензии может сталкиваться с внутренней стенкой технологической
камеры 49 вместе с потоками газовой струи, вызывая тем самым расщепление графита.
Графен легко разрушается параллельно плоскости из-за своей склонности к расщеплению, а скорость потоков
жидкости 42 и 43 желательно находится в диапазоне от 100 до 1000 м/с, аналогично случаю газа, описанному
выше.
При скорости менее 100 м/с расщепление может происходить недостаточно эффективно из-за недостаточной
силы струйного потока, а при скорости более 1000 м/с может быть сложно контролировать размер частиц
графена до мелкодисперсного состояния, а в кристаллах графена могут образовываться поры, что затрудняет
поддержание высокого качества графена.
Струйный поток может подаваться в технологическую камеру 49 вместе с графитом со скоростью в диапазоне
от 100 до 1000 м/с, и таким образом может быть осуществлен процесс расщепления для получения порошка
графена в виде мелких частиц путем расщепления графита.
[0315]
{0088}
[0316]
Таким образом, процесс расщепления выполняется в течение заданного периода времени, процесс
расщепления завершается по истечении заданного периода времени, и полученный таким образом порошок
графена 40 выводится вместе с водой из выходной части 41.
Полученный таким образом порошок графена 40 и вода могут быть снова помещены в резервуар с сырьем 32
через трубу 44 в зависимости от условий расщепления, а порошок графена 40 и вода могут быть поданы в
технологическую камеру 49 для повторения процесса расщепления.
Таким образом, путем помещения порошка графена в резервуар с сырьем 32 через трубу 44 может быть
сформирован замкнутый контур, и, следовательно, процесс расщепления порошка графена 40 может
повторяться многократно.
В соответствии с установленными процедурами, производство порошка графена 40 завершено.
В этом случае порошок графена 40 выходит вместе с водой из выходной части 41 и, таким образом, может
быть дополнительно подвергнут процессу сушки.
В процессе сушки воду можно удалить путем испарения, чтобы выделить только порошок графена 40.
[0317]
{0089}
[0318]
Согласно описанному выше способу производства, включающему описанные выше процедуры, графит может
быть расщеплен с целью получения порошка графена 40 в виде мелких частиц путем расщепления графита.
[0319]
{0090}
[0320]
Еще один пример установки для производства графенового порошка, использующей жидкость в качестве
струйного потока, будет описан со ссылкой на рис. 6.
[0321]
{0091}
[0322]
На рис. 6 представлена четвертая блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения порошка графена
в рассматриваемом примере.
На рис. 6 показан случай использования жидкости, аналогичной той, что используется в производственном
аппарате 30 для получения порошка графена, показанном на рис. 4, где те же символы, что и на рис. 4,
обозначают те же компоненты, что и на рис. 4.
Общие компоненты те же, что описаны выше.
В производственной установке 30 для получения графенового порошка, показанной на рис. 4, сырье 33 в виде
суспензии обычно подается в технологическую камеру 49 в двух направлениях, тогда как в производственной
установке 50 для получения графенового порошка, показанной на рис. 6, например, сырье 33 в виде
суспензии и струйного потока жидкости, содержащего только жидкость, подаются в технологическую камеру
49 в двух направлениях. Здесь описаны только те компоненты, которые отличаются от производственной
установки 30 для получения графенового порошка, показанной на рис. 4.
[0323]
{0092}
[0324]
В производственной установке 50 для получения графенового порошка, показанной на рис. 6, сырье 33 в виде
суспензии в резервуаре для сырья 32 не подается, а подается в сверхвысоконапорный насос 34, который
создает давление только в жидкости, обеспечивая выход струйных потоков жидкости в двух направлениях по
трубам 55 и 56.
Жидкостная струя, содержащая только жидкость, вытекающую из насоса сверхвысокого давления 34,
поступает из первого входного блока 39a технологической камеры 49 через трубу 55.
Сырье 33 в виде суспензии в резервуаре для сырья 32 смешивается с потоком жидкости, поступающим из
насоса сверхвысокого давления 34, в точке слияния 51 на трубе 38, а также поступает из второго входного
блока 39b технологической камеры 49.
В технологической камере 49 потоки жидкости 52, содержащие сырье 33 в виде суспензии, и потоки жидкости
53, содержащие только жидкость, сталкиваются друг с другом для осуществления процесса расщепления
графита.
[0325]
{0093}
[0326]
Процесс расщепления будет описан со ссылкой на рис. 7 (а) и 7 (б).
Рисунки 7 (а) и 7 (б) представляют собой иллюстративные диаграммы, описывающие расщепление порошка
графена в примере, показанном на рисунке 6.
Сырье 33 в виде суспензии может подаваться из второго входного блока 39b в технологическую камеру 49,
заполненную жидкостью, тогда как струйный поток жидкости, содержащий только жидкость, подается из
первого входного блока 39a, в результате чего сырье 33 в виде суспензии и струйный поток жидкости 53
сталкиваются друг с другом, и таким образом струйный поток жидкости 53 проникает между слоями графита,
вызывая его расщепление.
Скорость струй жидкости 52 и 53 может быть такой же, как и в вышеупомянутых примерах.
Согласно описанной процедуре, может быть проведен процесс расщепления, в результате которого может
быть получен порошок графена 54 в виде мелких частиц путем расщепления графита.
В этом случае могут быть выполнены такие процессы, при которых порошок графена после расщепления
подвергается процессу сушки и снова помещается в резервуар с сырьем 32 для образования замкнутого
цикла, аналогично производственному аппарату 30 для порошка графена, показанному на рис. 4.
[0327]
{0094}
[0328]
Согласно описанному выше способу производства, включающему описанные выше процедуры, графит может
быть расщеплен с образованием порошка графена 54 в виде мелких частиц путем расщепления графита.
В производственной установке 50 для получения графенового порошка, показанной на рис. 6, сырье 33 в виде
суспензии, поступающее из второго входного блока 39b технологической камеры 49, предназначено для
смешивания с потоком жидкости, подаваемым насосом высокого давления 34, однако из второго входного
блока 39b может подаваться только сырье 33 в виде суспензии без смешивания с потоком жидкости.
В этом случае графит в исходном материале 33 в виде суспензии, поступающей из второго входного блока
33b, расщепляется потоком жидкости, поступающим из первого входного блока 39a в качестве еще одного
входного блока, в результате чего образуется порошок графена 54 в виде мелких частиц.
[0329]
{0095}
[0330]
Еще один пример установки для производства порошка графена, использующей жидкость в качестве
струйного потока, будет описан со ссылкой на рис. 8.
[0331]
{0096}
[0332]
На рис. 8 представлена пятая блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения порошка графена в
рассматриваемом примере.
На рис. 8 показан случай использования жидкости, аналогичной той, что используется в производственном
аппарате 30 для получения порошка графена, показанном на рис. 4, где используются те же символы, что и на
рис.
На рисунке А показаны те же компоненты, что и на рис. 4.
Общие компоненты те же, что описаны выше.
В производственном аппарате 30 для получения графенового порошка, показанном на рис. 4, сырье 33 в виде
суспензии обычно подается в технологическую камеру 49 в двух направлениях, тогда как в производственном
аппарате 50 для получения графенового порошка, показанном на рис. 6, например, струйный поток жидкого
сырья 33 в виде суспензии подается в технологическую камеру 66 в одном направлении.
Здесь описаны только те компоненты, которые отличаются от производственного оборудования 30 для
получения порошка графена, показанного на рис. 4.
[0333]
{0097}
[0334]
В показанном на рис. 8 производственном устройстве 60 для получения графенового порошка сырье 33 в виде
суспензии в резервуаре для сырья 32 подается в насос сверхвысокого давления 34 и находится под
давлением в этом насосе, таким образом, поступая в виде струйного потока жидкости из первого входного
блока 67а технологической камеры 66 через трубу 36.
В технологической камере 66 из первого входного блока 67а подается струйный поток жидкости 61,
содержащий сырье 33 в виде суспензии, для создания кавитационного эффекта, с помощью которого
осуществляется процесс расщепления графита.
Разница давлений создается за счет притока струи жидкости 61 к жидкости, в результате чего образующиеся
в результате кавитационного эффекта пузырьки 65 проникают в поверхности скола графита, расщепляя его, а
гашение пузырьков 65 приводит к расщеплению графита.
[0335]
{0098}
[0336]
Процесс расщепления будет описан со ссылкой на рис. 9(а) и 9(б).
Рисунки 9(а) и 9(б) представляют собой иллюстративные диаграммы, описывающие расщепление порошка
графена в примере, показанном на рисунке 8.
Когда сырье 33 в виде суспензии подается из первого входного блока 67а в технологическую камеру 66,
заполненную жидкостью, из-за разницы давлений в потоке 62 жидкости в технологической камере 66 может
возникнуть эффект кавитации, при этом образуются и быстро исчезают пузырьки 65.
Образовавшиеся таким образом пузырьки 65 могут проникать в поверхности скола графита и расщеплять его,
а исчезновение пузырьков 65 также может привести к расщеплению графита.
Скорость потока жидкой струи 61 может быть такой же, как и в вышеупомянутых примерах.
Соседние файлы в папке патенты