本發(fā)明涉及一種提供純剪切剝離制備石墨烯的球磨設(shè)備及其方法，屬于機(jī)械法球磨制備石墨烯技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種以sp2軌道雜化方式連接的c單原子按正六邊形緊密排列成的蜂窩狀的二維原子晶體結(jié)構(gòu)。單層石墨烯帶有一定高度的褶皺，這種獨(dú)特的二維晶體結(jié)構(gòu)使它具備了許多特性。其理論比表面積達(dá)2630m2/g，優(yōu)異的導(dǎo)熱性能5000j/(m·k·s)，研究表明其弱彈性模量為1.06×103gpa，楊氏模量為1.0tpa。在已知的材料中，石墨烯具有最高的強(qiáng)度130gpa，是鋼的100多倍。石墨烯具有穩(wěn)定的正六邊形晶格結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，表現(xiàn)很強(qiáng)的雙極場(chǎng)效應(yīng)，電子和空穴的密度達(dá)到了1013cm-2，室溫下的電子遷移率高達(dá)1.5×104cm2/(v·s)，比目前使用的半導(dǎo)體材料銻化銦的最大遷移率高兩倍，比商用硅片高10倍，是作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的極佳材料。

現(xiàn)有的機(jī)械球磨法，主要是行星式球磨法和攪拌式球磨法。而行星式球磨法球磨的過(guò)程中，磨球因離心力的改變，會(huì)發(fā)生磨球堆積重組，必然會(huì)引發(fā)磨球之間的碰撞，從而破壞了石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)。而且磨球發(fā)生剪切作用的徑向力主要是由球磨筒在自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的合成提供的向心力，相對(duì)于本發(fā)明，剪切效率表現(xiàn)得小。攪拌式球磨法球磨得過(guò)程中，磨球被攪拌器帶至高處，在轉(zhuǎn)動(dòng)的空隙中，會(huì)引發(fā)掉落從而發(fā)生嚴(yán)重碰撞。以上兩種球磨方法制備的石墨烯質(zhì)量都會(huì)有略微缺陷，含量也不太高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：本發(fā)明提供一種提供純剪切剝離制備石墨烯的球磨設(shè)備及其使用方法，用于解決行星式球磨法會(huì)引發(fā)磨球之間的碰撞從而破壞石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)以及剪切效率低的不足、攪拌式球磨法在轉(zhuǎn)動(dòng)的空隙中會(huì)引發(fā)掉落從而發(fā)生嚴(yán)重碰撞的問(wèn)題以及現(xiàn)有機(jī)械球磨法制備石墨烯含量低的問(wèn)題。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種提供純剪切剝離制備石墨烯的球磨設(shè)備及其使用方法，包括轉(zhuǎn)筒2、球磨筒3；轉(zhuǎn)筒2是由立式攪拌球磨機(jī)提供轉(zhuǎn)矩；球磨筒3是由同一高度，不同直徑的兩個(gè)不銹鋼無(wú)縫拋光管，將其底部焊接在基座上形成的，同時(shí)保證兩個(gè)拋光管同心；此時(shí)球磨筒3的內(nèi)管外徑到外管內(nèi)徑的距離是一定的；轉(zhuǎn)筒2是一個(gè)特殊直徑的不銹鋼無(wú)縫拋光管，在其內(nèi)壁的上方安裝有兩個(gè)槽溝向下的槽，使其與立式攪拌球磨機(jī)的主軸1連接傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)筒2的底部插入球磨筒3的內(nèi)管與外管之間；其直徑要求其拋光管的外徑到球磨筒3外管的內(nèi)徑與其拋光管的內(nèi)徑到球磨筒3內(nèi)管的外徑的距離相同。

所述轉(zhuǎn)筒2與球磨筒3內(nèi)管與外管之間的間隔剛好能放進(jìn)單層同一直徑的磨球；轉(zhuǎn)筒2的底部與球磨筒3的底座之間有縫隙，使用時(shí)，內(nèi)外兩層的球磨域內(nèi)的分散劑是流通的。

所述轉(zhuǎn)筒2與球磨筒3之間的間隔放進(jìn)同一直徑的磨球，其放置的磨球表現(xiàn)為在內(nèi)外兩間隔內(nèi)形成單層圓曲平面內(nèi)堆積，堆積方式可以為單層六方緊密堆積。

堆積的磨球在跟隨轉(zhuǎn)筒2運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，磨球之間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移。

一種所述的提供純剪切剝離制備石墨烯的球磨設(shè)備的使用方法，使用時(shí)，在主軸1帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒2球磨的過(guò)程中，再帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒2與球磨筒3內(nèi)管與外管之間的間隔中的磨球轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)加入球磨筒3中的石墨烯原材料進(jìn)行球磨。所述轉(zhuǎn)筒2與球磨筒3內(nèi)管與外管之間的間隔中的磨球約束在單層二維圓曲平面內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)筒2接觸摩擦引起滾動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明實(shí)施方便，普遍適用，成本低廉，過(guò)程易控。有效提高制備石墨烯的剪切效率，同時(shí)又能減少磨球發(fā)生碰撞，提高制備石墨烯的含量，同時(shí)很好地保護(hù)石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明側(cè)面剖視圖；

圖2是磨球在球磨筒內(nèi)堆積時(shí)的部分側(cè)面剖視圖；

圖3是單層六方密集緊密堆積模型示意圖。

圖1中各標(biāo)號(hào)：1-主軸，2-轉(zhuǎn)筒，3-球磨筒。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：如圖1-3所示，一種提供純剪切剝離制備石墨烯的球磨設(shè)備及其使用方法，包括轉(zhuǎn)筒2、球磨筒3；轉(zhuǎn)筒2是由立式攪拌球磨機(jī)提供轉(zhuǎn)矩；球磨筒3是由同一高度，不同直徑的兩個(gè)不銹鋼無(wú)縫拋光管，將其底部焊接在基座上形成的，同時(shí)保證兩個(gè)拋光管同心；此時(shí)球磨筒3的內(nèi)管外徑到外管內(nèi)徑的距離是一定的；轉(zhuǎn)筒2是一個(gè)特殊直徑的不銹鋼無(wú)縫拋光管，在其內(nèi)壁的上方安裝有兩個(gè)槽溝向下的槽，使其與立式攪拌球磨機(jī)的主軸1連接傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)筒2的底部插入球磨筒3的內(nèi)管與外管之間；其直徑要求其拋光管的外徑到球磨筒3外管的內(nèi)徑與其拋光管的內(nèi)徑到球磨筒3內(nèi)管的外徑的距離相同。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)筒2與球磨筒3內(nèi)管與外管之間的間隔剛好能放進(jìn)單層同一直徑的磨球；轉(zhuǎn)筒2的底部與球磨筒3的底座之間有縫隙，使用時(shí)，內(nèi)外兩層的球磨域內(nèi)的分散劑是流通的。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)筒2與球磨筒3之間的間隔放進(jìn)同一直徑的磨球，其放置的磨球表現(xiàn)為在內(nèi)外兩間隔內(nèi)形成單層圓曲平面內(nèi)堆積，堆積方式為單層六方緊密堆積。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，堆積的磨球在跟隨轉(zhuǎn)筒2運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，磨球之間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移。

一種所述的提供純剪切剝離制備石墨烯的球磨設(shè)備的使用方法，使用時(shí)，在主軸1帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒2球磨的過(guò)程中，再帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒2與球磨筒3內(nèi)管與外管之間的間隔中的磨球轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)加入球磨筒3中的石墨烯原材料進(jìn)行球磨。所述轉(zhuǎn)筒2與球磨筒3內(nèi)管與外管之間的間隔中的磨球約束在單層二維圓曲平面內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)筒2接觸摩擦引起滾動(dòng)。

本發(fā)明的工作原理是：由于磨球約束在單層二維圓曲平面內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)筒2接觸摩擦引起滾動(dòng)，同時(shí)由于磨球的堆積，各自接觸的磨球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相互阻礙，可視為磨球是一種過(guò)約束狀態(tài)，因此在轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)磨球轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，磨球在過(guò)約束狀態(tài)向新的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，必然發(fā)生相對(duì)滑移，這種滑移表現(xiàn)為剪切作用。由于磨球的堆積，剪切作用的徑向力是由堆積磨球的重力體現(xiàn)，這種徑向力自筒頂往下越來(lái)越大，因此自筒頂往下剪切力越大。

改變轉(zhuǎn)筒厚度能與磨球的球徑匹配，能夠使用2mm、4mm、6mm、8mm等直徑的磨球，各自能夠達(dá)到不一樣的剪切效果。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種提供純剪切剝離制備石墨烯的球磨設(shè)備及其使用方法，屬機(jī)械法球磨制備石墨烯技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括轉(zhuǎn)筒、球磨筒；球磨筒是由同一高度，不同直徑的兩個(gè)不銹鋼無(wú)縫拋光管，將其底部焊接在基座上形成的，同時(shí)保證兩個(gè)拋光管同心；此時(shí)球磨筒的內(nèi)管外徑到外管內(nèi)徑的距離是一定的；轉(zhuǎn)筒是一個(gè)特殊直徑的不銹鋼無(wú)縫拋光管，在其內(nèi)壁的上方安裝有兩個(gè)槽溝向下的槽，使其與立式攪拌球磨機(jī)的主軸連接傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)筒的底部插入球磨筒的內(nèi)管與外管之間。本發(fā)明相對(duì)于普通機(jī)械法如行星式球磨法和攪拌式球磨法而言，能夠連續(xù)地提供剪切作用，有效減少磨球發(fā)生碰撞，很好的保護(hù)了石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)，同時(shí)又有非常高的剪切效率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙明;魏鏡弢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.04
技術(shù)公布日：2017.11.07