石墨烯機(jī)械攪拌分散，石墨烯的制備方式方法，石墨烯的制備應(yīng)用，高剪切研磨分散機(jī)，批次式分散機(jī)

石墨烯是一種由碳原子組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上總線薄也是總線堅(jiān)硬的納米材料，幾乎完全透明，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/(m·K)，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率過15000cm²/Vs，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10^-8Ω/m，比銅或銀更低，為世上電阻率總線小的材料。

石墨烯分散的目的是為了實(shí)現(xiàn)互不相溶相的分散，必須強(qiáng)力粉碎并混合其粒子，這意味著新表面的形成必須克服表面張力的阻力來實(shí)現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，團(tuán)聚問題已成為石墨烯繼續(xù)發(fā)展的瓶頸，因此提高石墨烯分散性已經(jīng)成為提高產(chǎn)品（材料）質(zhì)量、性能和工藝效率不可或缺的技術(shù)方法。

石墨烯由于表面惰性導(dǎo)致其與很多物質(zhì)不溶且分散性差，如何解決石墨烯發(fā)展中的瓶頸問題有兩種思路：一是低成本高質(zhì)量石墨烯原料的規(guī)模化生產(chǎn)；二是石墨烯的商業(yè)化應(yīng)用。近兩年石墨烯進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段，產(chǎn)業(yè)鏈上下游互動(dòng)至關(guān)重要，我們必須面向用戶進(jìn)行二次開發(fā)，去解決分散和成型等共性技術(shù)難題，讓石墨烯更接“地氣”。

石墨烯粉體的粒度細(xì)微、比表面積大、表面能高、表面原子數(shù)增多及原子配位不足等特性，使得這些表面原子具有很高的活性，極不穩(wěn)定，很容易團(tuán)聚形成帶有若干鏈接接口的尺寸較大的團(tuán)聚體。粉體的團(tuán)聚一般分為軟團(tuán)聚和硬團(tuán)聚。團(tuán)聚體的形成使得納米顆粒不能以單一的顆粒均勻分散，不能發(fā)揮其應(yīng)有的納米特性，對納米粉體的應(yīng)用性能產(chǎn)生十分不利的影響。

所謂分散一般是指粉體顆粒在液相介質(zhì)中分離散開并在整個(gè)液相中均勻分布的過程，它包括三個(gè)階段：1、細(xì)顆粒在液體中的潤濕；2、團(tuán)聚體在機(jī)械力作用下被打開形成獨(dú)立的原生粒子或較小的團(tuán)聚體；3、將原生粒子或較小團(tuán)聚體穩(wěn)定化，阻止再次團(tuán)聚。從某種意義上講，納米粉體的分散處理是納米粉體技術(shù)中總線關(guān)鍵的技術(shù)，也是納米材料應(yīng)用中必須解決的重要環(huán)節(jié)。

石墨烯在應(yīng)用中必須克服粉體的團(tuán)聚問題，其采用的分散方法和手段，已逐漸成為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中所關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，國內(nèi)外針對石墨烯分散問題主要采取的方式與設(shè)備有一下幾種：

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機(jī)械攪拌分散

機(jī)械分散的必要條件是機(jī)械力（指流體的剪切力及壓應(yīng)力）應(yīng)大于微納米粉體間的粘著力。其具體形式有研磨分散、膠體磨分散、球磨分散、砂磨分散、高速攪拌等。機(jī)械攪拌分散不用添加接口改性劑或偶聯(lián)劑，不考慮材料組成成份，是在低于高分子材料玻璃化溫度下（即在固態(tài)狀態(tài)），通過邊粉碎、邊混合、邊反應(yīng)，使高分子與其他化學(xué)結(jié)構(gòu)不同、性質(zhì)不同的材料強(qiáng)制混合形成復(fù)合材料的復(fù)合方法。

在機(jī)械攪拌下，納米微粒的特殊表面結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成有機(jī)化合物支鏈或保護(hù)層，使納米微粒更易分散。但機(jī)械攪拌也存在幾個(gè)問題：

(1)一旦顆粒離開機(jī)械攪拌產(chǎn)生的湍流流場外部環(huán)境，他們又有可能重新團(tuán)聚，而且攪拌會(huì)造成溶液飛濺，使反應(yīng)物損失；

(2)由于是一種強(qiáng)制性分散方法，相互粘結(jié)的分體盡管可以在分散器重被打散，但其之間的作用力猶存，排出分散器后又可能重新粘結(jié)團(tuán)聚。因此如何維持打散粒子的穩(wěn)定性仍然是一個(gè)需要克服的難題；

(3)研磨等需要的中間介質(zhì)（如氧化鋯珠等）使用時(shí)成本高、能耗大。又如：高速攪拌剪切分散機(jī)，它可以達(dá)到每分種幾十萬轉(zhuǎn)的速度，在高真空的狀態(tài)下，所獲得的體系顆粒度通常在100nm以上，不十分理想。

機(jī)械攪拌分散的前提是：納米材料的原生粒子一定要是納米級的，發(fā)生的是軟團(tuán)聚現(xiàn)象。

2

電超聲分散

一般采用超聲波振動(dòng)部件、驅(qū)動(dòng)電源和反應(yīng)釜三大部分構(gòu)成，產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，并將振動(dòng)能量向液體中傳送，在懸浮體中以駐波形式傳播，使微粒受到周期性拉伸和壓縮。超聲波在液體中可能產(chǎn)生“空化”作用形成局部高溫、高壓或強(qiáng)沖擊波和微射流，這些作用相結(jié)合導(dǎo)致系統(tǒng)中顆粒的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)被破壞，顆粒間隙變大直至破裂，形成分散體系，提高粉體分散度。

電超聲分散方式存在的問題是：

(1)分散作用區(qū)間小，僅xian于超聲發(fā)生器周圍十分薄的一個(gè)范圍，這要求超聲發(fā)生器不斷移動(dòng)，分散納米級材料效率低，產(chǎn)量小，不能滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)要求，一般僅用于實(shí)驗(yàn)室；

(2)分散粉體的濃度或黏度較低，這樣限制了其使用范圍；

(3)超聲分散時(shí)如果時(shí)間掌握不當(dāng)，也會(huì)引起粉體顆粒的進(jìn)一步重新團(tuán)聚。

3

高壓微射流納米分散均

高壓微射流納米分散均質(zhì)設(shè)備，具有多種功能（分散、均質(zhì)、乳化、破碎、細(xì)度化等），用于脂質(zhì)體，乳劑，納米粒，混懸劑，分散液，微膠囊，細(xì)胞破碎，降低藥物粒徑至納米級等。具體應(yīng)用為生物、醫(yī)藥、化工行、化妝品、食品等行業(yè)和其它納米材料的分散。從小樣品的實(shí)驗(yàn)室配方優(yōu)化，到中試階段的工藝制程確定，到工業(yè)化的大生產(chǎn)，可提供線性放大的參數(shù)結(jié)果。目前，國內(nèi)外已有部分單位選用此類開展生產(chǎn)和從事研究。

高壓微射流納米分散均式存在的問題是：

(1)工作壓非常高，一般在300MPa以上，總線高可達(dá)600 MPa，此設(shè)必需依靠進(jìn)口，其總線高性能設(shè)備尚未對開放；

(2)設(shè)備價(jià)格高，耗能大，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)成本高；

(3)中試型產(chǎn)能在1升/分鐘左右，難以滿足一般性的生產(chǎn)要求，而產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備還未在國內(nèi)見到實(shí)際應(yīng)用。

4

強(qiáng)流體動(dòng)力剪切納米分散

優(yōu)勢是有效解決了現(xiàn)行納米混合分散體系制備中存在的制備難度大、單位產(chǎn)量低、生產(chǎn)成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多技術(shù)難題；單套設(shè)備的處理量大，單位處理量可根據(jù)產(chǎn)能需要設(shè)計(jì)，從幾十公斤到幾噸之間均可，分散效果極jia（通?？砂逊垠w分散至5-100納米），粒徑分布窄，可不加入助劑，減少困擾；無污染，產(chǎn)品純度高（不借助珠磨），高粘度亦適用。滿足各類納米產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化分散需求。

強(qiáng)流體動(dòng)力超聲納米分散方式存在的問題是：

(1)此項(xiàng)分散技術(shù)制作小型分散設(shè)備（小于15升）較為困難，因發(fā)生器微型化的加工難度很高，實(shí)驗(yàn)室用分散設(shè)備價(jià)格略高；

(2)設(shè)備存在管路、泵等部件，清洗困難，不利于不同納米材料共享一套分散實(shí)驗(yàn)設(shè)備；

(3)一般情況屬于非標(biāo)設(shè)備類，需針對具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)與調(diào)試，采購需要一定的時(shí)間周期。

石墨烯機(jī)械攪拌分散，石墨烯的制備方式方法，石墨烯的制備應(yīng)用，高剪切研磨分散機(jī)，批次式分散機(jī)

IKN研磨分散機(jī)是由膠體磨和分散機(jī)組合而成，將三級高剪切均質(zhì)乳化機(jī)進(jìn)行改裝，三級變跟為一級，然后在乳化頭上面加配了膠體磨磨頭，使物料可以先經(jīng)過膠體磨細(xì)化物料，然后再經(jīng)過乳化機(jī)將物料分散乳化均質(zhì)。物料既可以有效分散，又可以防止團(tuán)聚。這樣的設(shè)計(jì)既具有膠體磨的研磨功能，可以將物料由粗磨細(xì)；研磨后的物料經(jīng)過下端的分散頭，又可以瞬間均勻分散，形成均一體系。

IKN研磨分散機(jī)是根據(jù)市場上納米級物料難以分散的難題改善的一款高速研磨機(jī)，比普通的研磨機(jī)的轉(zhuǎn)速高出7-8倍，總線高轉(zhuǎn)速21000rpm，已*應(yīng)用于納米級白炭黑的分散、納米級石墨烯的分散、納米級金屬氧化物等的分散。

石墨烯機(jī)械攪拌分散，石墨烯的制備方式方法，石墨烯的制備應(yīng)用，高剪切研磨分散機(jī)，批次式分散機(jī)