1.本文所公开的实施方式涉及石墨烯的生产，并且特别涉及用于连续生产石墨烯的方法和设备。
背景技术：2.石墨烯可以通过经由焦耳加热转化碳源来生产。碳源是一种碳基粉末，它被装入一个小的石英管容器中，并通过金属(铜、铜棉、黄铜)电极将电压施加到粉末材料的每一端。然而，合成石墨烯的现有方法在工业应用中产生了一些挑战，并且该方法对于石墨烯的大规模生产并不实用。
3.此外，可用于焦耳加热的石英管成本低，因为它们在焦耳加热过程中当碳粉与石英接触时被降解和污染。石英管必须在一次性使用后丢弃，这会显著增以加工业规模生产石墨烯的成本。用作电极的铜棉也会被该过程降解，这进一步增加了生产石墨烯的成本。使用与石墨烯直接接触的金属电极(例如铜和黄铜)也可能将金属污染物添加到所生产的石墨烯粉末中。用于合成石墨烯的现有设备也需要在转化不同批的石墨烯之间进行组装和拆卸，这阻碍了大规模、连续地生产石墨烯。
4.因此，需要用于以工业规模生产石墨烯的新的成本有效的方法、产品和设备。保留合成期间使用的石英的生产石墨烯的方法、产品和设备可以降低成本。此外，允许对生产石墨烯所必需的材料进行连续处理的产品、方法和设备是必要的，从而允许石墨烯的低成本工业生产。
技术实现要素：5.根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的设备。该设备包括具有用于容纳碳源的空间的容器。该容器具有用于接收碳源材料的进入开口。该设备包括用于通过用于对碳源进行焦耳加热的空间施加电流的至少两个电极。用于对碳源进行焦耳加热的空间位于所述至少两个电极之间。该设备还包括用于将碳源相对于容器沿第一方向移动到开口中的移动部件，并且所述至少两个电极沿第二方向施加电流。第一方向与第二方向不同。
6.该设备还可以包括相对于所述至少两个电极定位的排出开口，以允许将石墨烯移出用于对碳源进行焦耳加热的空间。进入开口可以相对于所述至少两个电极定位成在施加电流的同时允许将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。
7.该设备还可以包括连接到电极的电源，用于使电流通过电极以将用于对碳源进行焦耳加热的空间中的碳源的至少一部分转化为石墨烯。
8.该设备可以设置为，所述至少两个电极由包括铜、黄铜、不锈钢和石墨的组中的至少一种制成。
9.该设备可以设置为，所述至少两个电极具有通气孔以在电流被施加到碳源时允许气体逸出。
10.该设备可以设置为，用于对碳源进行焦耳加热的空间被至少一个石英壁围绕。
11.该设备可以设置为，所述至少两个电极中的至少一个电极围绕用于对碳源进行焦耳加热的空间。
12.该设备可以设置为，所述至少两个电极在高温下是有弹性的。
13.该设备可以设置为，所述至少两个电极在室温至3200℃的温度下操作。
14.该设备还可以包括用于将碳源加热到400℃-800℃的温度的预处理电极。
15.该设备可以设置为，所述至少两个电极被配置为施加将碳源加热到2800℃-3200℃的温度的电流。
16.该设备还可以包括碳源储存器，用于在将碳源在移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中之前容纳碳源。
17.该设备还可以包括石墨烯储存器，用于在将石墨烯移出用于对碳源进行焦耳加热的空间之后收集石墨烯。
18.该设备还可以包括用于压缩碳源的压缩部件。
19.该设备可以设置为，压缩部件是用于压缩碳源的压缩活塞。
20.该设备可以设置为，压缩部件是压缩螺丝锥。
21.该设备可以设置为，电极是包括环形电极、针状电极和网状电极的组中的至少一种。
22.该设备可以设置为，所述至少两个电极彼此相对定位。
23.该设备可以设置为，所述至少两个电极彼此同心定位。
24.该设备可以设置为，电流是dc。
25.该设备可以设置为，电流是ac。
26.该设备可以设置为，电流是ac和dc的组合。
27.可以由该设备生产石墨烯。
28.石墨烯可以是乱层石墨烯。
29.根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的设备。该设备包括内电极和外电极。该设备还包括在内电极和外电极之间的用于对碳源进行焦耳加热的空间。内电极和外电极定位成通过用于对碳源进行焦耳加热的空间径向施加电流。该设备还包括相对于内电极和外电极定位的进入开口，以允许将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。该设备还包括连接到内电极和外电极的电源，用于使电流通过内电极和外电极，以将用于对碳源进行焦耳加热的空间中的碳源的至少一部分转化为石墨烯。
30.该设备可以设置为，外电极围绕用于对碳源进行焦耳加热的空间。
31.该设备还可以包括用于冷却包括内电极和外电极的组中的至少一者的冷却部件。
32.该设备可以设置为，电流是dc。
33.该设备可以设置为，电流是ac。
34.该设备可以设置为，电流是ac和dc的组合。
35.根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的设备。该设备包括用于容纳碳源的容器。该容器包括第一电极。该设备还包括在第二电极和第一电极之间施加电流以用于对碳源进行焦耳加热的空间。碳源位于第一电极和第二电极之间。该设备还包括用于将容器移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间的移动部件。该设备还包括连接到第一电极和第二电极的电源，用于使电流通过电极以将碳源的至少一部分转化为石墨烯。
36.该设备可以设置为，移动部件是传送带。
37.根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的方法。该方法包括将碳源沿第一方向移动到在第一方向上用于对碳源进行焦耳加热的空间中。该方法还包括沿第二方向利用至少两个电极向碳源施加电流，所述至少两个电极定位成在施加电流的同时允许碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。第一方向和第二方向不同。
38.该方法可以设置为，向碳源施加电流包括以较低的电压向碳源施加第一电流以从碳源去除水分和挥发性物质。向碳源施加电流还可以包括以较高的电压向碳源施加第二电流以将碳源转化为石墨烯。
39.该方法可以设置为，较低的电压将碳源加热到400℃-800℃的温度。
40.该方法可以设置为，施加电流50毫秒至约1秒。
41.该方法可以设置为，较高的电压将碳源加热到2800℃-3200℃。
42.该方法还可以包括压缩碳源。
43.该方法可以设置为，使用压缩活塞压缩碳源。
44.该方法可以设置为，使用压缩螺丝锥压缩碳源。
45.该方法还可以包括从石墨烯中去除未转化的碳。
46.该方法可以设置为，使用压缩活塞移动碳源。
47.该方法可以设置为，使用传送带移动碳源。
48.该方法可以设置为，所述至少两个电极彼此相对定位。
49.该方法可以设置为，所述至少两个电极彼此同心定位。
50.该方法可以设置为，电极是包括环形电极、针状电极和网状电极的组中的至少一种。
51.该方法可以设置为，将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中是连续的。
52.该方法可以设置为，将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中是分批的。
53.该方法可以设置为，电流是dc。
54.该方法可以设置为，电流是ac
55.该方法可以设置为，电流是ac和dc的组合。
56.可以由该方法生产石墨烯。
57.石墨烯可以是乱层石墨烯。
58.根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的设备。该设备包括具有用于容纳碳源的空间的容器，其中该容器具有用于接收碳源的进入开口。该设备还包括用于通过用于对碳源进行焦耳加热的空间施加电流的至少两个环形电极。用于对碳源进行焦耳加热的空间位于所述至少两个环形电极之间。该设备还包括用于将碳源相对于容器沿与所述至少两个环形电极施加电流的方向相同的方向移动到进入开口中的移动部件。
59.该设备还可以包括相对于所述至少两个环形电极定位的排出开口，以允许将石墨烯移出用于对碳源进行焦耳加热的空间。进入开口可以相对于所述至少两个电极定位成在施加电流的同时允许将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。
60.该设备还可以包括连接到电极的电源，用于使电流通过所述至少两个环形电极以将用于对碳源进行焦耳加热的空间中的碳源的至少一部分转化为石墨烯。
61.该设备可以设置为，所述至少两个电极由包括铜、黄铜、不锈钢和石墨的组中的至
少一种制成。
62.该设备可以设置为，所述至少两个电极包括通气孔以在电流被施加到碳源时使气体逸出。
63.该设备可以设置为，用于对碳源进行焦耳加热的空间被至少一个石英壁围绕。
64.该设备可以设置为，所述至少两个环形电极在高温下是有弹性的。
65.该设备可以包括用于将碳源加热到400℃-800℃的温度的预处理环形电极。
66.该设备可以设置为，所述至少两个电极被配置为施加将碳源加热到2800℃-3200℃的温度的电流。
67.该设备可以包括碳源储存器，用于在将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中之前容纳碳源。
68.该设备可以包括石墨烯储存器，用于在将石墨烯移出用于对碳源进行焦耳加热的空间之后收集石墨烯。
69.该设备还可以设置为，移动部件压缩碳源。
70.该设备可以设置为，移动部件是压缩螺丝锥。
71.该设备可以包括用于压缩碳源的压缩部件。
72.根据一些实施方式，存在一种用于合成石墨烯的方法。该方法包括将碳源沿第一方向移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。该方法还包括沿第二方向利用至少两个环形电极向碳源施加电流，所述至少两个环形电极定位成允许将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。第一方向和第二方向相同。
73.该方法可以设置为，向碳源施加电流包括以较低的电压向碳源施加第一电流，以从碳源去除水分和挥发性物质。该方法还可以包括以较高的电压向碳源施加第二电流，以将碳源转化为石墨烯。
74.该方法可以设置为，较低的电压将碳源加热到400℃-800℃的温度。
75.该方法可以设置为，施加电流50毫秒至约1秒。
76.该方法可以设置为，较高的电压将碳源加热到2800℃-3200℃。
77.该方法还可以包括压缩碳源。
78.该方法可以设置为，使用压缩活塞压缩碳源。
79.该方法可以设置为，使用压缩螺丝锥压缩碳源。
80.该方法还可以包括从石墨烯中去除未转化的碳。
81.该方法可以设置为，使用压缩活塞移动碳源。
82.该方法可以设置为，使用传送带移动碳源。
83.该方法可以设置为所述至少两个电极彼此相对定位。
84.该方法可以设置为，将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中是连续的。
85.该方法可以设置为，将碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中是分批的。
86.该方法可以设置为，电流是dc。
87.该方法可以设置为，电流是ac。
88.该方法可以设置为，电流是ac和dc的组合。
89.可以由该方法生产石墨烯。
90.石墨烯可以是乱层石墨烯。
91.对于本领域普通技术人员来说，在阅读以下对一些示例性实施方式的描述后，其他方面和特征将变得明显。
附图说明
92.本文包括的附图用于说明本说明书的制品、方法和装置的各种示例。在附图中：
93.图1示出了根据一个实施方式的用于在实验室环境中生产石墨烯的设备的示图；
94.图2示出了根据一个实施方式的指示用于在实验室环境中生产石墨烯的设备的压缩方向和电极的示图；
95.图3示出了根据一个实施方式的指示用于在实验室环境中生产石墨烯的具有石墨盘的设备的压缩方向和电极的示图；
96.图4示出了根据一个实施方式的用于连续和分批合成石墨烯的设备的示图；
97.图5示出了根据一个实施方式的利用活塞状动作连续和分批合成石墨烯的设备的示图；
98.图6示出了根据一个实施方式的利用容器和来自容器顶部和底部的电极来连续和分批合成石墨烯的设备的侧视图和俯视图；
99.图7示出了根据一个实施方式的利用用于通过焦耳加热制造石墨烯的带来连续和分批合成石墨烯的设备的示图；
100.图8示出了根据一个实施方式的利用螺丝锥压缩来连续和分批合成石墨烯的设备的侧视图，其中开环电极邻近用于对碳源进行焦耳加热的空间；
101.图9示出了根据一个实施方式的利用螺丝锥压缩来连续和分批合成石墨烯的设备的示图，其中网状和环状电极邻近用于对碳源进行焦耳加热的空间；
102.图10示出了根据一个实施方式的利用邻近用于对碳源进行焦耳加热的空间的环状电极连续和分批合成石墨烯的设备；
103.图11a是根据一个实施方式的用于利用径向电极布置来连续和分批合成石墨烯的设备的横截面图；
104.图11b是根据一个实施方式的利用径向电极布置和将碳源移入和移出设备径向空间的挤出螺杆来连续和分批合成石墨烯的设备的横截面图；以及
105.图12示出了根据一个实施方式的用于合成石墨烯的方法的流程图。
具体实施方式
106.下面将描述各种装置或过程以提供每个要求保护的实施方式的示例。下面描述的实施方式不限制任何要求保护的实施方式，并且任何要求保护的实施方式可以覆盖与下文描述的过程或装置不同的过程或装置。要求保护的实施方式不限于具有以下描述的任何一种装置或过程的所有特征的装置或过程，或者不限于以下描述的多个或所有装置共有的特征。
107.本文提供了用于通过焦耳加热从碳源连续合成石墨烯的设备和方法。
108.术语“石墨烯”是指这种材料：一个原子厚的密集地堆积在蜂窝晶格中的sp
2-键合碳原子的平面片，并且还至少遍及大部分内部片地含有碳原子和芳族键的完整环结构，并且缺乏显著的碳原子氧化改性。石墨烯与石墨烯氧化物的区别在于它具有较低程度的含氧
基团、诸如oh、cooh和环氧化物。术语“石墨烯单层”是指为单层石墨烯的石墨烯。术语“极少层石墨烯”是指为1至3层石墨烯的石墨烯。术语“少层石墨烯”是指为2层至5层石墨烯的石墨烯。术语“多层石墨烯”是指为2层至10层石墨烯的石墨烯。
109.术语“乱层石墨烯”是指在石墨烯层之间几乎没有有序性的石墨烯。可以使用的其他术语包括错位、扭曲、旋转、旋转断层和弱耦合。乱层石墨烯的旋转堆叠有助于减轻层间耦合并增加平面间距，从而导致在相似重量基础上进行比较时，相对于竞争性石墨烯结构而言，其物理性质更优越。相邻层堆叠取向的细微差异体现在产品性能属性的重要差异上。乱层石墨烯明显具有的一个重要性能优势是多层石墨烯结构更容易分离成几个单独的石墨烯层，并且石墨烯层往往不会重新耦合。可以通过拉曼光谱、透射电子显微术(tem)、选区电子衍射(saed)、扫描透射电子显微术(stem)和x射线衍射(xrd)分析来观察和确认石墨烯的乱层特性。
110.术语“开口”通常是指碳源或石墨烯可以从中穿过以进入或离开空间的任何通道，该空间用于焦耳加热用于合成石墨烯的设备的碳源。开口可以包括任何畅通无阻的进口或出口。例如，“进入开口”可以是用于将碳源或石墨烯移动到用于焦耳加热用于合成石墨烯的设备的碳源的空间中的任何进入点。“排出开口”可以是用于将碳源或石墨烯移出用于焦耳加热用于合成石墨烯的设备的碳源的空间的任何出口点。
111.术语“碳源”通常是指可以转化为石墨烯材料、优选乱层石墨烯的任何碳基材料。碳源可以是任何形式，包括粉末形式或压缩球粒形式。碳源可包括但不限于石油焦、轮胎炭黑、炭黑、冶金焦、塑料灰、塑料粉、研磨咖啡、无烟煤、煤炭、玉米淀粉、松树皮、聚乙烯微蜡、蜡、chemplex 690、纤维素、萘油、沥青质、硬沥青和碳纳米管。
112.在一些实施方式中，本文提供的设备、方法和产品可以提供石墨烯的连续合成，其中碳源被移动到用于焦耳加热的空间中并转化为石墨烯并且同时以连续方式移出。在一些实施方式中，焦耳加热可以分批进行，其中将第一批碳源移入焦耳加热空间中，将碳源转化为石墨烯，将碳源移出焦耳加热空间，然后将新的一批碳源移入焦耳加热空间中并重复该过程。分批的焦耳加热可以是部分分批或全部分批。在一些实施方式中，可以在移出所有批之前将多个部分批移入焦耳加热空间。类似地，可以在移入另一批之前将多个部分批移出焦耳加热空间。
113.闪蒸焦耳加热合成方法及其组合物描述于tour等人提交的国际公开日期为2020年3月12日、国际公布号为wo 2020/051000 a1的专利合作条约申请中，该申请通过引用整体并入本文。
114.一种通过焦耳加热碳球粒合成石墨烯的方法及其组合物在mancevski提交的国际申请日为2020年10月13日、国际申请号为pct/ca2020/051368的专利合作条约申请中进行了描述，该申请通过引用整体并入本文。
115.参考图1，其中示出了根据一个实施方式的用于在实验室环境中生产石墨烯的设备的示图。用于合成石墨烯的设备100由机械组件组成，该机械组件包括容器115(例如石英管115)、碳源105和可由铜棉或石墨制成的电极110。该机械组件还包括图1中未示出的压缩活塞/螺钉和保护罩。该设备还包括用于向电极提供电流的电气组件。该电气组件包括电源、电容器组、大功率开关和控制器，这些在图1中未示出。电极110与碳源105直接接触。碳源105还与石英管115的壁接触，这导致石英管115在焦耳加热过程之后降解。焦耳加热电流
高达800至2500安培。由于它们与碳源和电极110直接接触，如果电极110由黄铜或铜制成，它们可能在焦耳加热过程中部分熔化并将杂质引入石墨烯中。
116.图1的装置100可以从各种碳源约每15分钟生产一批1g的石墨烯或每天生产一批30g的石墨烯。石英管115具有15mm的内径(id)和约5cc的碳体积。焦耳加热过程包括将碳粉装入石英管115。该过程还包括用一层电极110塞住每个石英管115的端部。该过程还包括用螺丝压缩碳源。焦耳加热进行10ms到100ms，并从管中卸载所得石墨烯。在实验室环境中，此过程是手动的，并且每批需要大约15分钟。大部分工艺时间都是间接时间，而实际的碳到石墨烯的工艺时间仅为10ms到150ms。对于100ms的完全释放焦耳加热的过程，将碳转化为石墨烯所需的能量为4wh/g(14.4kj/g)。由于大功率电子设备的速度限制，一些能量被浪费了。
117.参考图2，其中示出了根据一个实施方式的指示用于在实验室环境中生产石墨烯的设备的压缩方向和电极的示图。电极210的方向和压缩方向大致对准。碳源205在两端被电极210压缩。图2所示设计的一个优点是可以使用标准圆形石英管215，在碳源205的焦耳加热(通过辐射冷却过程)期间发射的光可以通过石英管215离开以允许减少冷却时间并且允许气体通过铜棉210排出。设备200在处理期间导致石墨烯材料的损失非常小。设备200也有缺点，例如需要拆卸来移除石墨烯。此外，石墨烯粘在铜上，铜棉颗粒最终与石墨烯混合。此外，每次使用都会污染石英管215。
118.参考图3，其中示出了根据一个实施方式的指示用于在实验室环境中生产石墨烯的具有石墨盘的设备的压缩方向和电极的示图。为了克服图2的设备200的缺点，放置多孔石墨塞或石墨盘220作为与碳源305直接接触的电极部件。另一个由铜棉310制成的塞可以可选地添加到该石墨320的每一侧，即石墨的不与碳源接触的侧。然后，铜棉310可以与连接到ac电源或诸如电池或电容器的dc电源的铜或黄铜棒接触。碳源305从与电极方向成平面的一侧被压缩。在一些实施方式中，压缩可以从与电极方向成平面的两侧进行。
119.设备300的优点是可以使用标准的圆形石英管315，当对碳源305进行焦耳加热时发射的光(辐射冷却)可以通过石英管315离开以减少冷却时间并且气体可以通过多孔石墨和铜棉排出。此外，如果石墨不是多孔的，则处理气体可能从石墨塞与石英管内径之间的间隙排出。此外，使用设备300在处理期间的材料的损失很低。另外，在碳源305暴露于2800℃至3200℃的高温之后合成的石墨烯不会粘附在石墨塞上，或者即使合成的石墨烯确实粘附，但合成的石墨烯也可以容易地从石墨320移除。
120.在一些实施方式中，方法、设备和产品将批量从1g增加到10g。批量的增加直接增加了制造过程的规模。现有的实验室设置使用内径为15mm、管长约25mm的石英管，碳质量为1g/batch(批)，体积为约5cc/batch。由于负载的电阻焦耳加热特性，将管直径加倍需要将电流增加为4倍，而电压需求不变。将管长加倍需要将电压增加为2倍，而电流需求不变。因此，批量可能会受到可用开关电子设备的限制。通常用于电机驱动、不间断电源(ups)系统和太阳能逆变器的典型的绝缘栅双极晶体管(igbt)大功率开关模块具有高达1700v的电压和高达1800a的电流，以允许灵活设计反应管。多个并联操作的igbt开关可用于实现高达5000a或更高的电流。这意味着设计大于10g的批是不切实际的。可以通过增加每批的频率(周转时间)来扩展规模。
121.在一些实施方式中，本文提供的方法、设备和产品实现了每批5g的批量(约24cc/
batch的体积)，这相当于1kg/天的产量。这可以通过具有20mm内径和约75mm管长的石英管来实现。5g的转化功率为约110kw/g(1500a和750v)。由于功率是由一组具有线性电压放电的电容器供应的，因此用于能量计算的平均电压是最大电压的1/2。在一些实施方式中，每批10g的批量(体积约48cc/batch)可以是可能的，这通过增加自动化和并行生产线而允许商业化生产，使产量达到1ton/h(吨/小时)(8ton/day(吨/天))。使用内径为20mm、管长约150mm的石英管可以实现每批10g。10g的转化功率为约110kw/g(1500a和1500v)。
122.参考表1，示出了三个不同实施方式的设备参数的概要，其中每一个实施方式都允许更大规模的生产。实施方式1允许石墨烯的最小生产规模。实施方式2允许比实施方式1更大的生产规模。实施方式3允许三个实施方式中最大规模的生产并且允许工业规模的生产。
123.表1——用于扩展石墨烯生产规模的设备参数。
[0124][0125][0126]
在一些实施方式中，本文提供的方法、设备和产品减少了石墨烯合成的每个批处理的处理时间(周转时间)。处理时间的减少与石墨烯生产的规模可扩展性的增加直接相关。使用图1、图2和图3的设备，每批1g的石墨烯合成处理需要15分钟。大部分处理时间都是间接时间，而实际的碳到石墨烯的处理时间仅为10ms至150ms。其余时间被手动碳装载、手动压缩碳粉和手动卸载石墨烯消耗。使用图1、图2和图3中的设备，30批1g的碳源每天可生产30g石墨烯。
[0127]
每天生产1kg的石墨烯可以用200批每批5g的碳源来实现。假设每天生产8小时，生产200批需要每批2分钟的预算。在2分钟的吞吐量下，石墨烯合成工艺可以在半批模式下进行，即同时装载10批或更多批，并且5g的碳依次经历焦耳加热过程，而无需装载和卸载。
[0128]
类似地，通过每小时100,000批、每批为10g，可实现1吨/小时的产量。假设每天生产8小时，实施40条并行生产线意味着每条生产线需要每天生产20,000批或每小时生产2500批的每批10g。每小时生产2500批需要每批1.4秒的预算。这一需求显然需要一定程度
的自动化，其中碳以连续方式馈送到处理管中和从处理管移除，同时每1.4秒焦耳加热10g碳，而无需装载和卸载。替选地，使用100条并行生产线是另一种合理的可能性，它将时间预算增加到3.6秒。
[0129]
参考表2，其是表1的三个实施方式的生产参数的概要。
[0130]
表2——用于扩展石墨烯生产规模的生产参数。
[0131][0132]
在一些实施方式中，方法、设备和产品允许石墨烯制造的连续过程。连续石墨烯合成方法具有以连续方式装载和卸载碳粉的能力。连续石墨烯合成方法还具有独立于装载和卸载来压缩碳粉的能力。连续石墨烯合成方法还具有独立于碳源流动方向的电极取向。连续石墨烯合成方法还具有通气孔/洞的可用性，以允许快速疏散由焦耳加热过程产生的热气体。此外，需要在焦耳加热过程中对反应器进行排气，以便热力和电动力不会压缩碳源。
[0133]
参考图4，其中示出了根据一个实施方式的用于连续合成石墨烯的设备的示图。设备400允许石墨烯的规模化生产。电极410垂直于活塞415对碳源405的压缩方向。当碳源405被推入用于对碳源进行焦耳加热的空间420中时，碳源420正好位于电极410之间，碳源可以被焦耳加热以形成石墨烯425。随着新的碳粉被推入容器421的进入开口422并推入用于对碳源进行焦耳加热的空间420中，由碳源405的焦耳加热产生的所得石墨烯425可以被排出到与插入新碳源405的位置相反的一侧。在一些实施方式中，在管的排出侧没有活塞或其他物体，因为碳管摩擦将起到阻止碳流动并允许开始焦耳加热的作用。
[0134]
图4的设备400的一个优点是该设备能够使碳源405和石墨烯425连续流动。设备400也不需要被拆卸来插入碳源405或移除石墨烯425。此外，石墨烯不会粘附到石墨电极410上。在处理期间实现石墨烯材料的低损耗。
[0135]
在一些实施方式中，用于连续合成石墨烯的设备包括用于独立预处理碳源的第二组电极。位于第一组电极410左侧的该第二组电极用于在400℃至1000℃的较低温度下预处理碳，以碳化碳源，去除水分、挥发物和任何其他在这些温度范围内蒸发的物质。在碳源被预处理之后，碳源405被推向第一电极410，在第一电极410处，碳源405被焦耳加热并转化为石墨烯。处理管可以是任何尺寸，包括但不限于圆形或矩形。处理管可以由石英或陶瓷制成
但不限于石英或陶瓷。移动大部分石墨烯所需的力必须足够大，以移动碳源。
[0136]
参考图5，其中示出了根据一个实施方式的利用活塞状动作进行连续石墨烯合成的设备的示图。设备500允许石墨烯的规模化生产。设备500包括用于将碳源505移动到容器516的进入开口515中的移动部件525。移动部件还用于压缩碳源505并将碳源505推向用于对碳源进行焦耳加热的空间520。设备500还包括碳源储存器535，用于在碳源移动到进入开口515之前容纳碳源505。电流与碳源505的压缩方向不同。电流优选地垂直于或接近垂直于碳源505的流，然而电流可以在与压缩方向不同的任何方向上。碳源505的流动可以是连续的，并且电极510不会阻止碳源505的流动。在碳源505被焦耳加热之后，碳源505被转化为跟随碳源505的流动路径的石墨烯粉末506。转化的石墨烯506从排出开口545移出并进入石墨烯储存器540。替选地，活塞525和530可以由连续旋转而不是以前后冲程移动的螺丝锥或挤压螺杆代替。
[0137]
图5的设备500可以由椭圆形或矩形横截面的石英或陶瓷管(约150mm
×
150mm)构成，其中在管的中间部分存在用于平行板状电极的切口。替选地，电极可以弯曲以匹配入口导管和出口导管的曲率半径。根据表1中的尺寸，电极之间的体积需要装入24cc(5g)或48cc(10g)。与图3中用于在实验室环境中生产石墨烯的设备不同，图5中的压缩活塞525、530和电极510的功能由分开的部件执行。电极510可以由铜、不锈钢、石墨或钨制成，但不限于铜、不锈钢、石墨或钨。电极510附接至石英，但具有通气孔以使焦耳加热过程期间的热处理气体能够逸出。压缩活塞525、530可以由介电材料制成，例如石英或陶瓷，以防止与活塞的接地短路。碳源505通过碳源储存器535馈送到处理管的进入开口515中。碳源的移动由振动器辅助，同时第一压缩活塞向左缩回。在将碳粉分配到管中之后，第一压缩活塞525以足够的冲程移动以将被转化的碳506从电极下方的用于对碳源进行焦耳加热的空间移位，同时第二压缩活塞向右缩回以允许将石墨烯清空到收集箱中。该移动通过振动器或真空吸引辅助。在冲程结束后，第二压缩活塞530推入以阻塞管，同时第一压缩活塞525向碳源505施加预定压力，直到完成焦耳加热过程。活塞循环需要与该连续过程的吞吐量相匹配。碳源505和石墨烯材料506的流动处于使操作安全的封闭环境中。
[0138]
参考图6，其中示出了根据一个实施方式的利用容器和来自容器620的顶部和底部的电极来连续合成石墨烯的设备的侧视图和俯视图。设备600允许石墨烯的规模化生产。在本实施方式中，容器620不是管。而是，碳源605通过进入开口装载到容器620中并且电极610是容器620的顶部和底部。
[0139]
图6的设备的优点包括设备600能够使碳源605/石墨烯606连续流动。设备600不需要拆开来插入碳源605或移除石墨烯606。石墨烯606不会粘在石墨电极610上并且设备600允许使用第二组电极610进行碳源605的独立的预处理。位于第一组电极610左侧的第二组电极用于在400℃至1000℃的较低温度下预处理碳源以碳化碳源605并去除水分、挥发物、以及在预处理温度范围内蒸发的任何其他物质。在碳源605被预处理之后，碳源容器620在第一电极610下方移动，此处，碳源605被转化为石墨烯606。
[0140]
参考图7，其中示出了根据一个实施方式的用于通过焦耳加热利用制造石墨烯的带连续合成石墨烯的设备的示图。设备700允许石墨烯的规模化生产。碳源705通过储存器725馈送到石英或陶瓷容器730的进入开口731中，容器730具有金属底部电极711，电极711电接地并且是连续带735的一部分。石英容器730可以是圆柱体，其直径为20mm，深度为
150mm，船部之间的间距为50mm。活塞/电极710是直径》20mm的圆柱体，用于覆盖和密封船部的顶表面。活塞/电极710可以是铜、钢、钨或石墨。通气孔包括在电极710中。根据表1中的尺寸，容器730的体积为24cc(5g)或48cc(10g)。容器730沿与电极710、711施加电流的方向不同的方向移动到焦耳加热空间720中。
[0141]
碳源705的分布是松散的，直到容器730到达活塞/电极710下方的空间，该活塞/电极710压缩碳源705并向碳源705施加焦耳加热以将容器730中的碳源705转化为石墨烯706。随着带移动远离用于对碳源进行焦耳加热的空间720，容器730被清空到收集箱(未示出)中。活塞周期为2分钟或1.4秒，以匹配连续合成石墨烯的吞吐量。带速度以每2分钟或1.4秒(取决于所需的规模)将下一个容器移动到电极下方。整个设备为封闭的，以使操作安全。图6和图7的设备中的限制步骤是用来自储存器725的碳源705填充容器730的速度。
[0142]
参考图8，其中示出了根据一个实施方式的用于利用螺丝锥或挤出螺杆压缩来连续合成石墨烯的设备的侧视图，其中开环电极邻近用于对碳源进行焦耳加热的空间。设备800允许石墨烯806的规模化生产。碳源805被移动到容器831的进入开口830中，容器831是挤出部件并且通过压缩螺丝锥815压缩。压缩螺丝锥815推动碳源805经过流动管的一侧的两组电极810、811，预处理空间821和用于对碳源进行焦耳加热的空间820位于该位置。电极定位成与碳源的流动垂直。螺丝锥815可以是单螺丝锥或双螺丝锥机构。电极810、811是平行板830或相对的半侧电极830，相对的半侧电极830彼此相对地位于挤出部件的同一水平面上。第一组电极811用于对碳源805进行预闪蒸，而另一组电极810用于对碳源805进行焦耳加热。预处理的碳源在第二组电极810所位于的用于对碳源进行焦耳加热的空间820的方向上移动。可选的弹簧加载盖825可以保持石墨烯粉末806直到石墨烯粉末806准备好被移除。盖825的打开与螺丝锥815的运动同步。电流垂直于碳源805的流动。
[0143]
替选的电极组812、813可以用于图8的设备800。环形电极813可以用于一个或多个端子，而针状电极812用于至少一个端子。横截面示出预处理空间821处的预处理电极811是平行的相对电极830，焦耳加热电极812、813是用于负端子的环形电极813和用于正端子的针状电极812。环形电极813和针状电极812是同心的，并且将焦耳加热在针状电极和环形电极之间的用于对碳源805进行焦耳加热的空间820中的碳源。
[0144]
参考图9，其中示出了根据一个实施方式的利用压缩螺丝锥进行连续石墨烯合成的设备的示图，其中网状电极和环状电极邻近用于对碳源进行焦耳加热的空间。设备900允许石墨烯906的规模化生产。碳源905被插入到类似挤出机的机器的螺丝锥机构915中，该机器压缩碳源905并将碳源905推过位于碳流上游和下游的两组电极911、910。第一组电极911是允许材料流动但也可以被激励并允许焦耳加热的网状电极。顶部网格930是接地电极，底部电极931是正电极。电极930、931也可以以相反的取向定位，其中正电极931是顶部网格并且接地电极930是底部电极。第一组电极911用于在预处理空间921处预处理碳源905。第二组电极910用于在用于对碳源进行焦耳加热的空间920处对碳源905进行焦耳加热。可选的弹簧加载盖925可以保持石墨烯粉末906直到石墨烯粉末806准备好被移除。盖925的打开与螺丝锥915的运动同步。电流垂直于碳源905的流动。碳源905移动到容器923的进入开口922中，容器923是挤出部件。
[0145]
在如图9所示的另一个实施方式中，电极911、912、913、914是环形电极，其中接地电极913是顶部电极，底部电极912是正端子。电极911、912、913、914也可以以相反的取向定
位。环形电极911、912、913、914可以是半环、半极环或正交极电极，以使流过样品的电流分布更均匀。可选的弹簧加载盖925可以保持石墨烯粉末906直到石墨烯粉末906准备好被移除。盖925的打开必须与螺丝锥915的运动同步。
[0146]
在图9所示的两个示例中，碳源905都从管的顶部流向管的底部，并且电流沿碳流的方向流动，但具有开流设计以便不干扰碳粉流动。
[0147]
参考图10，其中图示了根据一个实施方式的利用邻近用于对碳源进行焦耳加热的空间的环状电极连续合成石墨烯的设备。设备1000允许石墨烯1006的规模化生产。碳源1005使用类似挤出机的机器移动并且电极1025、1030是沿着压缩碳源1005流的长度定位的环形电极。一个环形电极1030正好位于挤出机的排出开口1035处，而另一个电极1025进一步沿着管1040位于邻近进入开口的碳源1005流的上游。在这个实施方式中，管1040是容器并且碳源以与来自环形电极1025、1030的电流相同的方向移动到管的进入开口1026中。环形电极1025、1030的分离决定了用于对碳源进行焦耳加热的空间1045的大小。电流从第一电极1025的内环流向第二电极1030的内环。在操作期间，在电极之间的用于对碳源进行焦耳加热的空间1045填充有碳源1005并执行碳源1005的焦耳加热。通过排出开口1035移除在电极之间的用于对碳源进行焦耳加热的空间1040中的合成石墨烯1006。限制孔1050被添加到排出开口1035以防止石墨烯粉末1006的不希望的流动。另外，管1040中的石墨烯粉末1006的摩擦防止石墨烯粉末1006的不希望的流动。碳源1005的流动可以是整批的，其中电极之间的用于对碳源进行焦耳加热的空间1045被完全填充。碳源1005的流动也可以是半分批的，其中只有一部分石墨烯1006被移除并且相同部分的碳源1005被填回。碳源1005的流动也可以是连续的，其中放电相对于碳源1005和石墨烯1006的连续运动是周期性的。
[0148]
参考图11a，其中示出了根据一个实施方式的用于利用径向电极布置连续合成石墨烯的设备的横截面透视图。该设备包括优选由石墨制成的内电极1110和外电极1120。该设备的电势在径向方向上起源于内电极1110的外表面并终止于外电极1120的内表面，反之亦然。设备1100包括石墨外电极1120，其充当电极但也充当限制管以代替石英管并且可以使用传导或对流冷却从外部冷却。该设备可包括具有由介电油或类似介电液体制成的循环冷却剂的铜管1105和热交换器(未示出)，其中铜管1105插入中空内电极1110内部以冷却内电极1110并去除来自碳源1130的热量。设备1100还包括：推动顶部石英盖1125并在空间1131中压缩碳源1130的顶部弹簧1115、以及推动底部石英盖1135并在空间1131中压缩碳源1130的底部弹簧1140。碳源1130被移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间1131中以经历到石墨烯的转化。碳源1130可以分批模式插入和移除，其中碳源1130被插入径向空间1131中，被焦耳加热以转化为石墨烯，并从径向空间1131中移除。碳源1130也可以用代替由石英盖提供的限制件的挤压螺杆来插入和移除。
[0149]
电流以径向方式从内电极1110流向外电极1120(反之亦然)，碳源1130被限制并被石墨外电极1110和1120焦耳加热。在一些实施方式中，内电极1110和外电极1120可以是液体冷却的。
[0150]
由于石墨是黑体热受体，因此可以高效地发生从碳源1130到石墨外电极1120的辐射冷却。石墨外电极1120也通过来自碳源1130的传导而被加热，但随后可以从其外表面重新辐射热量并且可以通过来自外部的对流或传导另外地被冷却。外电极1120可以是多孔石墨，其允许气体和热量更有效地离开碳源。外电极1120还可以具有沿其表面散布的孔，以允
许气体从电极内部逸出到电极外部。由于石墨电极限制了碳源和转化的石墨烯，因此不需要消耗性石英管。石墨电极1120、1110可以由于最小的磨损而几乎无限期地使用。
[0151]
参考图11b，其中示出了根据一个实施方式的用于利用径向电极布置和将碳源1150移入和移出设备1101的径向空间的挤出螺杆1145来连续合成石墨烯的设备1101的横截面图。设备1101包括以径向方式排列的内电极1155和外电极1160。设备1101还包括挤出螺杆1145，其将碳源粉1150从外部储存器(未示出)移动到陶瓷管导管1170中，然后移动到径向电极1155、1160之间的径向空间中。管1170是容器并且碳源1150被移动到该容器的进入开口1171中。挤出螺杆1145具有空心轴1180。内电极1155可以固定到挤出螺杆1145的轴上，并且电连接可以通过空心轴。正端子1172和负端子1173连接到用于以交流(ac)、直流(dc)、或ac和dc的组合操作的电源。在操作期间，电极1155、1160之间的用于对碳源1150进行焦耳加热的空间1175填充有碳源1150并且执行碳源1150的焦耳加热。通过排出开口移除电极1155、1160之间的用于对碳源1150进行焦耳加热的空间中的合成石墨烯1165。碳源1150的移动是连续的并且不受电极1155、1160的阻碍。此外，碳源1150的流动沿管纵向向下，而电流沿径向方向流动。
[0152]
参考图12，其中示出了根据一个实施方式的用于合成石墨烯的方法的流程图。方法1200包括在1205将碳源沿第一方向移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中。方法1200可选地包括在1206压缩碳源。方法1200还包括在1210利用定位成允许碳源移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中的至少两个电极，沿第二方向向碳源施加电流，以将碳源的至少一部分转化为石墨烯。方法1200在1210可以可选地包括在1215的附加步骤，其包括以较低的电压向碳源施加第一电流以从碳源去除水分和挥发性物质。该较低的电压产生较低的处理温度，该温度可从碳源中去除水分和挥发物，但不会将碳源转化为石墨烯。方法1200在1210可以可选地包括在1220处的附加步骤，其包括以较高的电压施加第二电流以将碳源的至少一部分转化为石墨烯。该较高的电压使碳源能够进行焦耳加热并转化为石墨烯。方法1200可以可选地包括在1230从石墨烯中去除未转化的碳。
[0153]
尽管以上描述提供了一个或多个装置、方法或系统的示例，但是应当理解，其他装置、方法或系统可以在本领域技术人员所解释的权利要求的范围内。
技术特征：1.一种用于合成石墨烯的设备，所述设备包括：具有用于容纳碳源的空间的容器，其中，所述容器具有用于接收碳源材料的进入开口；用于通过用于对碳源进行焦耳加热的空间施加电流的至少两个电极，其中，所述用于对碳源进行焦耳加热的空间位于所述至少两个电极之间；以及用于将所述碳源相对于所述容器沿第一方向移动到所述进入开口中的移动部件，并且所述至少两个电极沿第二方向施加电流，其中，所述第一方向与所述第二方向不同。2.如权利要求1所述的设备，还包括相对于所述至少两个电极定位的排出开口，以允许将所述石墨烯移出所述用于对碳源进行焦耳加热的空间，其中，所述进入开口相对于所述至少两个电极定位成在施加电流的同时允许将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中。3.如权利要求1所述的设备，还包括连接到所述电极的电源，用于使电流通过所述电极以将所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中的所述碳源的至少一部分转化为石墨烯。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极由包括铜、黄铜、不锈钢和石墨的组中的至少一种制成。5.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极包括通气孔以在电流被施加到所述碳源时使气体逸出。6.如权利要求1所述的设备，其中，所述用于对碳源进行焦耳加热的空间被至少一个石英壁围绕。7.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极中的至少一个电极围绕所述用于对碳源进行焦耳加热的空间。8.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极在高温下是有弹性的。9.如权利要求8所述的设备，其中，所述至少两个电极在室温至3200℃的温度下操作。10.如权利要求1所述的设备，还包括用于将所述碳源加热到400℃-800℃的温度的预处理电极。11.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极被配置为施加将所述碳源加热到2800℃-3200℃的温度的电流。12.如权利要求1所述的设备，还包括碳源储存器，所述碳源储存器用于在将所述碳源在移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中之前容纳所述碳源。13.如权利要求1所述的设备，还包括石墨烯储存器，所述石墨烯储存器用于在将所述石墨烯移出所述用于对碳源进行焦耳加热的空间之后收集所述石墨烯。14.如权利要求1所述的设备，还包括用于压缩所述碳源的压缩部件。15.如权利要求14所述的设备，其中，所述压缩部件是用于压缩所述碳源的压缩活塞。16.如权利要求14所述的设备，其中，所述压缩部件是压缩螺丝锥。17.如权利要求1所述的设备，其中，所述电极是包括环形电极、针状电极和网状电极的组中的至少一种。18.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极彼此相对定位。19.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个电极彼此同心定位。20.如权利要求1所述的设备，其中，所述电流是dc。21.如权利要求1所述的设备，其中，所述电流是ac。
22.如权利要求1所述的设备，其中，所述电流是ac和dc的组合。23.一种由如权利要求1所述的设备生产的石墨烯。24.如权利要求23所述的石墨烯，其中，所述石墨烯是乱层石墨烯。25.一种用于合成石墨烯的设备，所述设备包括：内电极和外电极；在所述内电极和所述外电极之间的针对碳源的用于对碳源进行焦耳加热的空间，其中，所述内电极和所述外电极定位成通过所述用于对碳源进行焦耳加热的空间径向施加电流；相对于所述内电极和所述外电极定位的进入开口，以允许将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中；以及连接到所述内电极和所述外电极的电源，用于使电流通过所述内电极和所述外电极，以将所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中的所述碳源的至少一部分转化为石墨烯。26.如权利要求25所述的设备，其中，所述外电极围绕所述用于对碳源进行焦耳加热的空间。27.如权利要求25所述的设备，还包括用于冷却包括所述内电极和所述外电极的组中的至少一者的冷却部件。28.如权利要求25所述的设备，其中，所述电流是dc。29.如权利要求25所述的设备，其中，所述电流是ac。30.如权利要求25所述的设备，其中，所述电流是ac和dc的组合。31.一种用于合成石墨烯的设备，所述设备包括：用于容纳碳源的容器，其中，所述容器包括第一电极；在第二电极和所述第一电极之间施加电流以用于对碳源进行焦耳加热的空间，其中，所述碳源位于所述第一电极和所述第二电极之间；用于将所述容器移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间的移动部件；以及连接到所述第一电极和所述第二电极的电源，用于使电流通过所述电极以将所述碳源的至少一部分转化为石墨烯。32.如权利要求31所述的设备，其中，所述移动部件是传送带。33.一种用于合成石墨烯的方法，所述方法包括：将碳源沿第一方向移动到在第一方向上用于对碳源进行焦耳加热的空间中；以及沿第二方向利用至少两个电极向所述碳源施加电流，所述至少两个电极定位成允许所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中，其中，所述第一方向和所述第二方向不同。34.如权利要求33所述的方法，其中，向所述碳源施加电流还包括：以较低的电压向所述碳源施加第一电流以从所述碳源去除水分和挥发性物质；以及以较高的电压向所述碳源施加第二电流以将所述碳源转化为石墨烯。35.如权利要求34所述的方法，其中，所述较低的电压将所述碳源加热到400℃-800℃的温度。36.如权利要求33所述的方法，其中，所述电流被施加50毫秒至约1秒。37.如权利要求34所述的方法，其中，所述较高的电压将所述碳源加热到2800℃-3200
℃。38.如权利要求33所述的方法，还包括压缩所述碳源。39.如权利要求38所述的方法，其中，使用压缩活塞压缩所述碳源。40.如权利要求38所述的方法，其中，使用压缩螺丝锥压缩所述碳源。41.如权利要求33所述的方法，还包括从所述石墨烯中去除未转化的碳。42.如权利要求33所述的方法，其中，使用压缩活塞移动所述碳源。43.如权利要求33所述的方法，其中，使用传送带移动所述碳源。44.如权利要求33所述的方法，其中，所述至少两个电极彼此相对定位。45.如权利要求33所述的方法，其中，所述至少两个电极彼此同心定位。46.如权利要求33所述的方法，其中，所述电极是包括环形电极、针状电极和网状电极的组中的至少一种。47.如权利要求33所述的方法，其中，将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中是连续的。48.如权利要求33所述的方法，其中，将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中是分批的。49.如权利要求33所述的方法，其中，所述电流是dc。50.如权利要求33所述的方法，其中，所述电流是ac。51.如权利要求33所述的方法，其中，所述电流是ac和dc的组合。52.一种由如权利要求33所述的方法生产的石墨烯。53.如权利要求52所述的石墨烯，其中，所述石墨烯是乱层石墨烯。54.一种用于合成石墨烯的设备，所述设备包括：具有用于容纳碳源的空间的容器，其中，所述容器具有用于接收所述碳源的进入开口；用于通过用于对碳源进行焦耳加热的空间施加电流的至少两个环形电极，其中，所述用于对碳源进行焦耳加热的空间位于所述至少两个环形电极之间；以及用于将所述碳源相对于所述容器沿与所述至少两个环形电极施加电流的方向相同的方向移动到所述进入开口中的移动部件。55.如权利要求54所述的设备，还包括相对于所述至少两个环形电极定位的排出开口，以允许将所述石墨烯移出所述用于对碳源进行焦耳加热的空间，其中，所述进入开口相对于所述至少两个电极定位成在施加电流的同时允许将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中。56.如权利要求54所述的设备，还包括连接到所述电极的电源，用于使电流通过所述至少两个环形电极以将所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中的所述碳源的至少一部分转化为石墨烯。57.如权利要求54所述的设备，其中，所述至少两个电极由包括铜、黄铜、不锈钢和石墨的组中的至少一种制成。58.如权利要求54所述的设备，其中，所述至少两个电极包括通气孔以在所述电流被施加到所述碳源时使气体逸出。59.如权利要求54所述的设备，其中，所述用于对碳源进行焦耳加热的空间被至少一个石英壁围绕。
60.如权利要求54所述的设备，其中，所述至少两个环形电极在高温下是有弹性的。61.如权利要求54所述的设备，还包括用于将所述碳源加热到400℃-800℃的温度的预处理环形电极。62.如权利要求54所述的设备，其中，所述至少两个电极被配置为施加将所述碳源加热到2800℃-3200℃的温度的电流。63.如权利要求54所述的设备，还包括碳源储存器，所述碳源储存器用于在将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中之前容纳所述碳源。64.如权利要求54所述的设备，还包括石墨烯储存器，所述石墨烯储存器用于在将所述石墨烯移出所述用于对碳源进行焦耳加热的空间之后收集所述石墨烯。65.如权利要求54所述的设备，其中，所述移动部件压缩所述碳源。66.如权利要求54所述的设备，其中，所述移动部件是压缩螺丝锥。67.如权利要求54所述的设备，还包括用于压缩所述碳源的压缩部件。68.一种用于合成石墨烯的方法，所述方法包括：将碳源沿第一方向移动到用于对碳源进行焦耳加热的空间中；以及沿第二方向利用至少两个环形电极向所述碳源施加电流，所述至少两个环形电极定位成允许将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中，其中，所述第一方向和所述第二方向相同。69.如权利要求68所述的方法，其中，向所述碳源施加电流还包括：以较低的电压向所述碳源施加第一电流，以从所述碳源去除水分和挥发性物质；以及以较高的电压向所述碳源施加第二电流，以将所述碳源转化为石墨烯。70.如权利要求69所述的方法，其中，所述较低的电压将所述碳源加热到400℃-800℃的温度。71.如权利要求68所述的方法，其中，所述电流被施加50毫秒至约1秒。72.如权利要求69所述的方法，其中，所述较高的电压将所述碳源加热到2800℃-3200℃。73.如权利要求68所述的方法，还包括压缩所述碳源。74.如权利要求73所述的方法，其中，使用压缩活塞压缩所述碳源。75.如权利要求73所述的方法，其中，使用压缩螺丝锥压缩所述碳源。76.如权利要求68所述的方法，还包括从所述石墨烯中去除未转化的碳。77.如权利要求68所述的方法，其中，使用压缩活塞移动所述碳源。78.如权利要求68所述的方法，其中，使用传送带移动所述碳源。79.如权利要求68所述的方法，其中，所述至少两个电极彼此相对定位。80.如权利要求68所述的方法，其中，将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中是连续的。81.如权利要求68所述的方法，其中，将所述碳源移动到所述用于对碳源进行焦耳加热的空间中是分批的。82.如权利要求68所述的方法，其中，所述电流是dc。83.如权利要求68所述的方法，其中，所述电流是ac。84.如权利要求68所述的方法，其中，所述电流是ac和dc的组合。
85.一种由如权利要求68所述的方法生产的石墨烯。86.如权利要求86所述的石墨烯，其中，所述石墨烯是乱层石墨烯。
技术总结本发明提供了一种用于连续合成石墨烯的方法和设备。所述设备包括：具有用于容纳碳源的空间的容器，其中，所述容器具有用于接收碳源材料的进入开口；用于通过用于对碳源进行焦耳加热的空间施加电流的至少两个电极，其中，所述用于对碳源进行焦耳加热的空间位于所述至少两个电极之间；以及用于将所述碳源相对于所述容器沿第一方向移动到所述进入开口中的移动部件，并且所述至少两个电极沿第二方向施加电流，其中，所述第一方向与所述第二方向不同。同。同。
技术研发人员：曼切夫斯基
受保护的技术使用者：普世物料公司
技术研发日：2020.11.17
技术公布日：2022/11/1
