本發(fā)明屬于石墨烯制備技術領域，具體涉及一種利用鉑絲制備石墨烯的裝置及方法。
背景技術：
天然石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的的二維晶體。石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為″黑金″，是″新材料之王″，科學家甚至預言石墨烯將″徹底改變21世紀″。
現(xiàn)有技術中，天然石墨烯的制備方法主要有兩種：機械方法和化學方法。機械方法包括機械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法，化學方法主要是是化學還原法與化學解離法。
最普通的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。2004年Novoselovt等用這種方法制備出了單層石墨烯，并可以在外界環(huán)境下穩(wěn)定存在。典型制備方法是用另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進行摩擦，體相石墨的表面會產(chǎn)生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。但缺點是此法是利用摩擦石墨表面獲得的薄片來篩選出單層的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，無法可靠地制造長度足供應用的石墨薄片樣本。
取向附生法是利用生長基質(zhì)原子結構“種”出石墨烯，首先讓碳原子在1150℃下滲入釕，然后冷卻，冷卻到850℃后，之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子“孤島”布滿了整個基質(zhì)表面，最終它們可長成完整的一層石墨烯。第一層覆蓋80％后，第二層開始生長。底層的石墨烯會與釕產(chǎn)生強烈的交互作用，而第二層后就幾乎與釕完全分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片表現(xiàn)令人滿意。但采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質(zhì)之間的黏合會影響碳層的特性。
化學還原法是將氧化石墨與水以1mg/mL的比例混合，用超聲波振蕩至溶液清晰無顆粒狀物質(zhì)，加入適量肼在100℃回流24h，產(chǎn)生黑色顆粒狀沉淀，過濾、烘干即得石墨烯。。化學解離法是將氧化石墨通過熱還原的方法制備石墨烯的方法，氧化石墨層間的含氧官能團在一定溫度下發(fā)生反應。
其中，電解法是最常用的制備石墨烯的方法，但是存在石墨烯產(chǎn)量過低，純度不高的問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有石墨烯制備技術中，生產(chǎn)工藝復雜，石墨烯純度較低的問題，進而提供一種制備石墨烯的裝置及方法。
本發(fā)明的技術方案是：一種利用鉑絲制備石墨烯的裝置，所述裝置包括容器1、鉑絲固定板2、金屬板4、弱酸電解液5、電源6、膨脹石墨蠕蟲7和若干鉑絲3，金屬板4置于容器1的上方，容器1內(nèi)充滿弱酸電解液5和膨脹石墨蠕蟲7的混合液，鉑絲固定板2嵌裝在容器1的底部，鉑絲固定板2的內(nèi)表面豎直焊有若干鉑絲3，電源6的正極通過導線與鉑絲固定板2連接，電源6的負極通過導線與金屬板4連接。
進一步地，所述鉑絲固定板2與容器1之間用膠粘接。
進一步地，所述金屬板4用吊架置于容器1上方。
進一步地，弱酸電解液5為稀草酸或者稀硫酸等弱酸。
進一步地，容器1的材質(zhì)不導電。
本發(fā)明還包括一種利用上述制備制備石墨烯的方法，包括以下步驟：將鉑絲固定板2嵌裝在反應容器1的底部，再將弱酸電解液5充滿反應容器1，加入膨脹石墨蠕蟲后將金屬板4固定在反應容器1上部，電源6的正極通過導線與鉑絲固定板2連接，電源6的負極通過導線與金屬板4連接，打開電源6開關對膨脹石墨蠕蟲餅2進行電解，充分電解后，，將石墨烯與電解液的混合物取出后清洗過濾，再將過濾得到的石墨烯進行超聲破碎烘干，即得到所需石墨烯。
進一步地，弱酸電解液5為稀草酸或者稀硫酸等弱酸。
進一步地，電源6的電壓為8到30伏。
本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明主要利用了電解的原理，將膨脹石墨蠕蟲加入到電解液中，再接入電路中進行電解，通過鉑絲對膨脹石墨蠕蟲的不斷電解，使得膨脹石墨蠕蟲被逐層剝離在電解液中，然后過濾清洗烘干就得到了所需的石墨烯。在得到的石墨烯中，單層石墨烯占的比重大，且該方法工藝簡單易行。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明：
參閱圖1，本實施方式包括容器1、鉑絲固定板2、金屬板4、弱酸電解液5、電源6、石墨7和若干鉑絲3，金屬板4嵌裝在筒狀容器1的頂部，容器1內(nèi)充滿弱酸電解液5和石墨7，鉑絲固定板2安裝在筒狀容器1的底部，鉑絲固定板2的內(nèi)表面豎直焊有若干鉑絲3，電源6的正極通過導線與鉑絲固定板2連接，電源6的負極通過導線與圓金屬板4。鉑絲固定板2的材質(zhì)為金屬。鉑絲固定板2與反應容器1之間用膠粘接，導電金屬板4用吊架置于反應容器1上方。這樣設計便于反復打開取液。
弱酸電解液5優(yōu)選為優(yōu)選為稀草酸或者稀硫酸等弱酸。反應容器1的材質(zhì)不導電，可以優(yōu)選玻璃容器。電源6的電壓優(yōu)選為8到30伏。膨化石墨餅2制備方法如下：
取天然鱗片石墨，在不斷攪拌下將其加入硫酸和硝酸的混酸溶液中，再加入高錳酸鉀，控制一定溫度，然后再加入三氯化鐵，攪拌，反應一定時間后，離心分離，用稀堿溶液浸洗，水洗至酸性，脫水后高溫干燥即可得膨脹石墨蠕蟲。
本發(fā)明還包括一種利用上裝置制備石墨烯的方法，包括以下步驟：將鉑絲固定板2嵌裝在反應容器1的底部，再將弱酸電解液5充滿反應容器1，加入膨脹石墨蠕蟲后將金屬板4置于在反應容器1上方，電源6的正極通過導線與鉑絲固定板2連接，電源6的負極通過導線與金屬板4連接，打開電源6開關對膨脹石墨蠕蟲餅2進行電解，充分電解后，將石墨烯與電解液的混合物取出后清洗過濾，再將過濾得到的石墨烯進行超聲破碎烘干，即得到所需石墨烯。
本實施方式的原理：電源6通8到10伏電壓后，鉑絲3通電會使電解液中的膨脹石墨蠕蟲7發(fā)生電解，將其剝離成石墨烯，然后從容器1中倒出弱酸電解液5與石墨烯的混合物，利用過濾裝置對混合物進行過濾，利用超聲儀對濾出的石墨烯進行超聲，利用烘干機對石墨烯進行烘干，完成石墨烯的電解制備。此方法簡單易行且單層石墨烯占比很高。
上述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限制本發(fā)明的實施方案，本領域普通技術人員根據(jù)本發(fā)明的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本發(fā)明的保護范圍應以權利要求書所要求的保護范圍為準。