微射流工藝應(yīng)用——石墨烯

前言

   超細(xì)化是粉體工業(yè)升級(jí)的重要方向之一，其主要作用和目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)納米材料的產(chǎn)業(yè)化，但團(tuán)聚問題又是攔在納米材料在諸多行業(yè)實(shí)際應(yīng)用中最大的絆腳石。

一、微射流原理與工藝

   微射流技術(shù)是利用微型通道和結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)特定而復(fù)雜的流體操作的跨學(xué)科技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，微射流均質(zhì)機(jī)則是是利用成熟穩(wěn)定的液壓技術(shù)，在柱塞泵的作用下給液體物料增壓，憑借準(zhǔn)確壓力調(diào)節(jié)，使物料壓力增加到之間設(shè)定的壓力值。被增壓的物料流向具有固定幾何形狀的金剛石納米處理器并產(chǎn)生高速微射流，具有高速射流的物料在納米處理器微通道內(nèi)產(chǎn)生剪切、對(duì)撞、空穴效應(yīng)等物理作用力，從而對(duì)物料起到粒徑減小，均一、乳化的作用，并達(dá)到將活性成分包裹的效果。

二、微射流在碳納米管分散中的應(yīng)用

　　從結(jié)構(gòu)上看碳納米管是由一層或者多層石墨層片按照一定螺旋角卷曲而成的、直徑為納米量級(jí)的圓柱殼體。碳納米管由于典型的一維管狀結(jié)構(gòu)，性能穩(wěn)定，軸向上的性能極為優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性。正是由于這種高導(dǎo)電性，高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等優(yōu)勢，使其在鋰離子電極材料的應(yīng)用不僅可以直接作為負(fù)極材料發(fā)揮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)勢，也可以作為導(dǎo)電添加劑提高正極材料的性能，大大提高了電極材料及鋰離子電池的性能。

由于碳納米管之間存在著比較強(qiáng)的范德華力，導(dǎo)致很容易纏繞在一起或者團(tuán)聚成束，嚴(yán)重制約了碳納米管的應(yīng)用。如何提高碳納米管的分散性成為目前迫切需要解決的問題。物理法是比較常用的分散碳納米管的方法，超聲法是一種物理方法，常在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用，但這種方法容易造成碳納米管損傷，無法連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)等問題。微射流均質(zhì)機(jī)使通過微通道的物料產(chǎn)生高速微射流，利用物理剪切、對(duì)撞、空穴效應(yīng)等物理作用力，將碳納米管團(tuán)聚打開，并均勻分散在溶劑中，可以有效提高swcnts束的分散效率。硅負(fù)極材料在鋰合金化過程中發(fā)生的體積膨脹，效率并不是固定的，而是與硅材料顆粒尺寸緊密相關(guān)。納米級(jí)尺寸的硅顆粒，由于其特別的表面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)，可以緩解硅體積變化引發(fā)的顆粒破碎粉化。目前主流的降低硅材料粒徑的方式是采用球磨，但是在球磨的過程中部分硅材料容易發(fā)生氧化，另外在球磨后材料也容易重新團(tuán)聚。微射流均質(zhì)機(jī)處理可以獲得更小的粒徑分布的物料，并能起到很好的分散效果，在納米硅材料的制備中有顯著的作用。

三、微射流在石墨烯剝離中的應(yīng)用

石墨烯因其特性引起了人們的極大興趣，在物理、化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境方面進(jìn)行了廣泛的研究。開發(fā)一種簡便的方法來生產(chǎn)高質(zhì)量、高產(chǎn)量的石墨烯對(duì)其商業(yè)化至關(guān)重要。生產(chǎn)石墨烯主要有兩種技術(shù)：自上而下和自下而上。一般來說，氧化還原、化學(xué)氣相沉積、外延生長和機(jī)械剝離可用于生產(chǎn)石墨烯。近年來，液相剝離法作為一種從上到下制備高質(zhì)量石墨烯的新方法受到了廣泛的關(guān)注。微射流技術(shù)以恒定的壓力和納米處理器可以確保物料的每一毫升體積都得到同樣的均質(zhì)，所以重現(xiàn)性非常好。我司有成熟的微射流生產(chǎn)型設(shè)備，且從小試到生產(chǎn)都是用相同的微通道，只是將通道數(shù)并列增加，因此用戶在后續(xù)產(chǎn)能放大時(shí)較為容易，節(jié)省研發(fā)時(shí)間及費(fèi)用。