一、概述

石墨烯是最近發現的一種具有二維平面結構的碳納米材料，它的特殊單原子層結構使其具有許多迪獨特的物理化學性質。石墨烯的研究已經取得了重要的進展，在化學電源、光電子器件和多相催化等領域都取得了廣氾的關注。

二、技術方案

本項目採用連續管道反應器對氧化石墨分散液進行超聲剝離，每六組超聲反應裝置構成一個基本模塊，如圖1，基本模塊的數量則根據用戶的生產能力進行設計。

                                                               圖1  反應裝置

                                                                           表1  基本模塊組成

其中超聲波主機縱向放置於管道式反應釜內，反應釜支架及外罩採用不鏽鋼製作、內部貼5cm厚的隔音棉，可降低超聲空化產生的噪音；超聲波驅動電源、觸摸屏、通訊管理機及以太網交換機均放置在電氣控制櫃內，電器櫃正面放置10寸以上觸摸屏，可對基本模塊內各單元模塊進行單獨參數設置，如主機功率、系統參數設置等。在電氣控制櫃面板安裝有總運行按鈕（帶指示燈）、急停按鈕和報警指示燈，整體系統具有振子異常報警、電源異常報警、機櫃溫度異常報警、振子工具頭磨損報警。

系統具有遠程控制功能，操作員站可通過通訊管理機遠程實現對每台超聲主機的啟停及參數設置等功能。

                            圖2  石墨烯原料制備超聲分離控制系統示意圖

                                      表2  石墨烯原料制備超聲分散處理系統技術指標

三、應用效果

本項目所實施的方案已在國內知名石墨烯企業得到實際現場應用，取得良好的參數分離效果。

四、基本原理

制備的石墨氧化物均需要經歷剝離分散，還原等步驟才能得到單層的石墨烯。剝離的方法一般用超聲分離方法，即將石墨氧化物懸浮在一定功率下超聲一定時間。超聲波在氧化石墨懸浮液中梳密相間地輻射，使液體流動而產生數量眾多的微小氣泡，這些氣泡在超聲波縱向傳播的負壓區形成、生長，而在正壓區迅速閉合，在這種被稱為“空化”效應的過程中，氣泡閉合可形成超過1.0*108Pa個大氣壓的瞬間高壓，連續不斷產生的高壓就像一連串小“爆炸”不斷地衝擊石墨氧化物，使石墨氧化物片迅速剝落生產單層石墨氧化物(即石墨烯氧化物)。另外，石墨烯氧化物片的大學可以通過超聲功率的大小及超聲時間的長短進行調節。