УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГРАФЕНА С РАЗЛИЧНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ АТОМНЫХ СЛОЁВ
DEVICE FOR PRODUCTION OF GRAPHENE WITH DIFFERENT NUMBER OF ATOMIC LAYERS

Изобретение относится к устройствам кавитационного воздействия на различные минералы и может быть использовано для производства графена с различным количеством атомных слоёв.
Из уровня техники известны различные устройства для диспергирования в различных жидкостях. Так, в описании изобретения к патенту РФ № RU2081705C1, МПК B02C 19/18, принятом за наиболее близкий аналог, представлено устройство потокового ультразвукового диспергирования вязких лакокрасочных суспензий.
Решаемой задачей является обеспечение диспергирования компонентов вязких суспензий. Техническим результатом является возможность производства графеновых материалов с различным количеством атомных слоёв и с различной функциональностью.
2
Для достижения поставленного результата предлагается  устройство для получения графеновых пластин с различным количеством атомных слоёв, содержащее проточный реактор с патрубком подачи рабочей смеси и выходным патрубком,  при этом в проточный реактор интегрированы источник ультразвука и сдвоенный центробежный насос, служащие для кавитационного воздействия на частицы графита в составе рабочей смеси сочетанием низких и высоких частот со значениями мощности не менее 100 Вт/см.
3
Устройство содержит источник ультразвука с мощностью не менее 100 Вт/см, который интегрирован в герметичный проточный реактор, обеспечивающий давление рабочей смеси реактора равное тройному значению акустического давления источника ультразвука. Рабочая смесь состоит из деионизированной воды, природного графита и добавок органических неполярных растворителей.
Устройство для диспергирования, как и в наиболее близком аналоге, содержит ультразвуковой волновод.
Основные отличия заявляемого устройства от близкого аналога заключаются в наличии сдвоенного центробежного насоса, интегрированного в проточный реактор соосно с источником ультразвукового излучение. Такое решение позволяет создавать необходимое рабочее давление раствора непосредственно в зоне максимальной мощности ультразвукового излучения. Отсутствие необходимости использования в заявленной группе изобретений окислителей и высоких температур даёт возможность получения графеновых пластин с высокой частотой по углероду до 99,9% и без дефектов графеновых пластин.
Изобретение иллюстрируется принципиальной схемой заявленного устройства (фиг.1), на которой следующими позициями обозначены:
1 - источник ультразвукового излучения;
2 - проточный реактор;
3 - сдвоенный центробежный насос;
4 - патрубок подачи рабочей смеси;
5 - патрубок выхода рабочей смеси после обработки.
Устройство работает следующим образом.
2
Через патрубок 4 раствор подаётся в сдвоенный центробежный насос для первичного кавитационного воздействия на низкой частоте, до 1000 Гц. Далее смесь под давлением, равным тройному значению акустического давления ультразвука, подаётся в проточную часть реактора. В этой части реактора обеспечивается воздействие ультразвука с мощностью не менее 100 Вт/см. Концентрация ультразвуковых волн обеспечивается конфигурацией проточной зоны реактора, объём и форма которой создаёт стоячие звуковые волны. Частота ультразвука составляет от 15 до 100 кГц в зависимости от требуемой глубины обработки частиц графита в рабочем растворе для получения графеновых пластин с различным количеством слоёв.
Нижеследующие примеры подтверждают возможность реализации заявленного изобретения.
Пример 1.
Готовится рабочая смесь воды и природного графита со средним размером частиц 300 меш в соотношении 90 и 10 частей. Полученную смесь пропускают через реактор со скоростью 100 литров в минуту при давлении 120 бар. В реакторе на рабочую смесь воздействуют ультразвуком с частотой 18,8 кГц. Результатом обработки является воднографеновая паста с толщиной графеновых пластин от 2 до 15 атомных слоёв.
Пример 2.
Рабочая смесь готовится из природного графита с размером частиц 200 меш и воды в соотношении 5 и 95 частей. Полученную смесь пропускают через реактор со скоростью 70 литров в минуту и при давлении 135 бар. В реакторе на рабочую смесь воздействуют ультразвуком с частотой 32 кГц. Результатом обработки является смесь воды и графеновых частиц со средней толщиной частиц от 1 до 5 атомных слоёв.