超声波分散设备

• 石墨烯是由单层碳原子构成的世界上蕞薄、蕞硬的二维材料，其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在各大领域都有重要的作用。自然状态下不存在单层石墨烯材料一般以三维的石墨存在，要在石墨中提取单层石墨烯变得非常重要。
• 超声波石墨烯分散也称超声波石墨烯剥离，使用氧化石墨还原法，配合超声波振动能有效地提高氧化石墨层间距，层间距较大的氧化石墨不仅有利于其他分子、原子等插入层间形成氧化石墨插层复合材料，而且易于被剥离成单层氧化石墨，为进一步制备单层石墨烯打下基础。

超声分散原理

• 超声波分散设备是利用超声波的空化作用来分散团聚的颗粒。它是将所需处理的颗粒悬浮液（液态）放入声场中，用适当的超声振幅加以处理。在空化效应，高温，高压，微射流，强振动等附加效应下，分子间的距离会不断增加，终导致分子破碎，形成单分子结构。该产品尤其对于分散纳米材料（如碳纳米管、石墨烯、二氧化硅等）有良好效果。

• 自然界中存在大量的石墨材料，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。单层石墨被称为石墨烯，在自由状态下不存在该物质，都以多层石墨烯层叠的石墨片的形式存在。由于石墨片的层间作用力较弱，可以通过外力进行层层剥离，从而获得只有一个碳原子厚度的单层石墨烯。

常用的分散方法

1.微机械剥离法

• 用胶带直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来，不断重复这个过程。
• 使用一种材料与膨化或引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，絮片状晶体中含有单层石墨烯。
• 缺点：石墨烯产量低，面积小，难以精却控制尺寸，效率低，不能大规模制备。

2.化学气相沉积法

• 将一种或多种含碳的气态物质（通常为低碳的有机物气体）通入到真空反应器中，通过高温使含碳的气体分解碳化（通常为低碳的有机物气体），在基底表面生长出一种碳单质的过程。
• 缺点：石墨烯的六角蜂窝状晶体结构，无法*石墨化，品质不如微机剥离法的好，高昂的成本及苛刻的设备要求都限制了其规模化制备石墨烯，还需要加入催化剂降低了石墨烯纯度。

3.晶体外延取向生长法

• 一种是通过加热单晶 6H-SiC 脱除 Si，从而在 SiC 晶体表面外延生长石墨烯。石墨烯和 Si 层接触，这种石墨烯的导电性受到基底影响；另一种是利用金属单晶中的微量碳成分，通过在超高真空下高温退火，金属内碳元素在金属单晶表面析出石墨烯。
• 缺点：石墨烯薄膜厚度不均匀，难以控制，生成的石墨烯紧紧地黏贴在基底上难以剥离，会影响石墨烯的特性。同时需在超真空及高温条件下生长，条件极为苛刻，设备要求高，无法实现大规模、可控制备石墨烯。

4.氧化石墨还原法

• 氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法，其中Hummers法石墨烯分散需加入超声波辅助。
• 特点：Hummers法石墨烯分散：方法简单，耗时较短，处理量大，安全无污染，是目前蕞常用的一种。

5.超声辅助法

• 超声波石墨烯分散采用超声波辅助Hummers法制备氧化石墨烯，是以液体为媒介，在液体中加入高频率超声波振动。由于超声是机械波，不被分子吸收，在传播过程中引起分子的振动运动。空化效应下，即高温、高压、微射流、强烈振动等附加效应下分子间的距离因振动增加其平均距离，终导致分子破碎。能更有效地提高氧化石墨层间距，且随着超声波功率的提高，所得到的氧化石墨的层间距呈扩大趋势。
• 超声波瞬间释放的压力破坏了石墨烯层与层之间的范德华力，使得石墨烯更加不容易团聚在一起。层间距较大的氧化石墨不仅有利于其他分子、原子等插入层间形成氧化石墨插层复合材料，而且易于被剥离成单层氧化石墨，为进一步制备单层石墨烯打下基础。

• 超声分散设备可用于石墨烯，油墨涂料等分散，均质化处理；石油乳化；中药萃取加工；细胞，压载水破碎，消毒处理；化工原料加速反应等方面。