УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАФЕНА

Полезная модель относится к области получения графена - углеродного наноматериала, что представляет большой интерес для решения научных и технических задач.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство (патент США, US 9440857 B2, опубл. 13.09.2016), содержащее камеру сгорания, снабженную прозрачным стеклом для наблюдения за процессом детонационного взрыва, свечу зажигания, углеводородный газ в виде смеси ацетилена или этилена с добавкой кислорода, при взрыве которого образуется графен, который оседает на стенках камеры и его собирают механическим способом.
Недостатками известного устройства являются низкая производительность, опасность при работе с кислородом, после каждого микровзрыва необходимо открывать окно камеры, производить забор полученного графена и вновь закреплять крышку камеры.
Техническая задача настоящей полезной модели заключается в повышении эффективности и производительности устройства за счет непрерывной подачи порций смеси углеводородного газа без кислорода.
Для решения технической задачи полезной модели предложена конструкция устройства для получения графена, содержащая взрывную камеру с установленной внутри свечой зажигания и соединенную с газовым баллоном. Камера снабжена прозрачным окном для наблюдения за процессом горения и взрыва, датчиками давления и контроллером для сбора данных и управления. Новым является то, что соединение взрывной камеры с газовым баллоном дополнительно оборудовано узлом регулирования подачи газа во взрывную камеру, снабженным лопастью-вертушкой, что превращает процесс получения графена из периодического в непрерывный.
Технический результат достигается тем, что по сравнению с прототипом предлагаемое устройство для получения графена имеет конструкцию, в которой соединение взрывной камеры с газовым баллоном дополнительно оборудовано узлом регулирования подачи газа во взрывную камеру, снабженным лопастью-вертушкой, что повышает эффективность и производительность устройства за счет непрерывной подачи порций смеси углеводородного газа без кислорода и превращает процесс получения графена из периодического в непрерывный.
На ил. 1 представлено устройство для получения графена.
1 - взрывная камера, 2 - свеча зажигания, 3 - газовый баллон, 4 - устройство для подачи газа, 5 - лопасть-вертушка, 6 - датчики давления, 7 - вольфрамрениевые микротермопары, 8 - терминальный блок, 9 - контроллер для сбора данных и управления.
Поставленная задача реализуется тем, что устройство для получения графена содержит взрывную камеру с установленной внутри свечой зажигания, и соединенную с газовым баллоном, снабженную прозрачным окном для наблюдения за процессом горения и взрыва, датчиками давления и контроллером для сбора данных и управления, новым является то, что соединение взрывной камеры с газовым баллоном дополнительно оборудовано узлом регулирования подачи газа во взрывную камеру, снабженным лопастью-вертушкой, что превращает процесс получения графена из периодического в непрерывный.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Предлагаемое устройство для получения графена состоит из следующих основных узлов и деталей: взрывная камера 1 с прозрачным окном для наблюдения за процессом горения и взрыва с установленной внутри камеры 1 свечой зажигания 2, и соединенная с газовым баллоном 3 через устройство для подачи газа 4, отличающееся тем, что соединение взрывной камеры 1 с газовым баллоном 3 дополнительно снабжено узлом регулирования подачи газа во взрывную камеру 1, снабженным лопастью-вертушкой 5, а взрывная камера 1 снабжена датчиками давления 6, вольфрамрениевыми микротермопарами 7, связанным с терминальным блоком 8 и контроллером 9 для сбора данных и управления.
Устройство для получения графена работает следующим образом. Из газового баллона 3 через устройство для подачи газа 4, снабженное лопастью-вертушкой 5, пропан-бутановая смесь без накачки кислородом подается во взрывную камеру 1, где с помощью свечи зажигания 2 происходит горение - взрыв газо-воздушной смеси при дозвуковых скоростях (дефлаграция), в результате чего получается графен, оседающий на стенках камеры 1. После снятия давления во взрывной камере 1 с помощью установленного на стенке камеры спускового клапана происходит очередная подача газо-воздушной смеси из газового баллона 3 по описанной выше схеме, и процесс повторяется многократно, превращаясь в непрерывный процесс получения графена с большим выходом продукта. В конце операции полученный графен собирается с внутренних стенок взрывной камеры 1, включая и поверхность прозрачного окна, механическим способом при открытом окне. Характеристики взрывного процесса, от которых зависит качество полученного продукта, контролируются датчиками давления 6, вольфрамрениевой микротермопарой 7, соединенными с терминальным блоком 8 и контроллером управления и сбора данных 9.
Предлагаемая конструкция позволяет осуществить непрерывный процесс получения графена без использования кислорода и при более низких дозвуковых скоростях, чем при детонационном режиме при скоростях, близких к скорости звука. Это обеспечит повышение эффективности и производительности процесса при снижении опасности за счет исключения добавок кислорода в горючие смеси и снижения скорости распространения пламени.