微射流工藝應用——石墨烯

前言

   超細化是粉體工業升級的重要方向之一，其主要作用和目標就是實現納米材料的產業化，但團聚問題又是攔在納米材料在諸多行業實際應用中最大的絆腳石。

一、微射流原理與工藝

   微射流技術是利用微型通道和結構，實現特定而復雜的流體操作的跨學科技術。在此基礎上，微射流均質機則是是利用成熟穩定的液壓技術，在柱塞泵的作用下給液體物料增壓，憑借準確壓力調節，使物料壓力增加到之間設定的壓力值。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產生剪切、對撞、空穴效應等物理作用力，從而對物料起到粒徑減小，均一、乳化的作用，并達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用

　　從結構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、直徑為納米量級的圓柱殼體。碳納米管由于典型的一維管狀結構，性能穩定，軸向上的性能極為優異的力學性質和導電性。正是由于這種高導電性，高結構穩定性等優勢，使其在鋰離子電極材料的應用不僅可以直接作為負極材料發揮結構穩定等優勢，也可以作為導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的范德華力，導致很容易纏繞在一起或者團聚成束，嚴重制約了碳納米管的應用。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，常在實驗室內使用，但這種方法容易造成碳納米管損傷，無法連續大規模生產等問題。微射流均質機使通過微通道的物料產生高速微射流，利用物理剪切、對撞、空穴效應等物理作用力，將碳納米管團聚打開，并均勻分散在溶劑中，可以有效提高swcnts束的分散效率。硅負極材料在鋰合金化過程中發生的體積膨脹，效率并不是固定的，而是與硅材料顆粒尺寸緊密相關。納米級尺寸的硅顆粒，由于其特別的表面效應和尺寸效應，可以緩解硅體積變化引發的顆粒破碎粉化。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生氧化，另外在球磨后材料也容易重新團聚。微射流均質機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用

石墨烯因其特性引起了人們的極大興趣，在物理、化學、材料、生物醫學和環境方面進行了廣泛的研究。開發一種簡便的方法來生產高質量、高產量的石墨烯對其商業化至關重要。生產石墨烯主要有兩種技術：自上而下和自下而上。一般來說，氧化還原、化學氣相沉積、外延生長和機械剝離可用于生產石墨烯。近年來，液相剝離法作為一種從上到下制備高質量石墨烯的新方法受到了廣泛的關注。微射流技術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，所以重現性非常好。我司有成熟的微射流生產型設備，且從小試到生產都是用相同的微通道，只是將通道數并列增加，因此用戶在后續產能放大時較為容易，節省研發時間及費用。