石墨烯的制备其实并不复杂！
作为一种具有高强度、高导热、高导电、润滑、耐腐蚀等多重功效的新材料，它是如何制备的呢？
我们都知道，石墨有着层状结构，每个单层就是石墨烯。只要将石墨的层间逐步剥离分开，得到的1-10层石墨就称之为石墨烯。石墨的层间主要是以范德华力结合，结合能约为2eV/nm2。因此，只要破坏了石墨的层间力，就会轻松地得到石墨烯。
传统的方法通过强酸氧化石墨，能够破坏石墨的层间力，通过超声即可获得石墨烯。但由于使用大量酸液，很容易带来废液污染。大批量生产石墨烯的污染问题难以解决，这也是目前石墨烯不能规模化生产、成本高的原因。
如果采用机械力破坏石墨的层间力，剪切力使得石墨的层间相互运动分离，不需要强酸氧化处理，同样可以获得石墨烯。为此，机械剥离成为规模化、清洁、低成本制备石墨烯的主要途径。
根据现有技术，已有采用球磨机、砂磨机、胶体研磨机、气流粉碎机、螺杆剪切机等多种机械剥离设备制备石墨烯。
在机械剥离制备石墨烯时需要借助一定的辅助材料，不同的机械剥离设备制备的石墨烯质量和适应性不同，性能存在一定的差异。
今天，我们分享机械剥离制备石墨烯时，如何根据需要选择设备：
球磨机剥离制备石墨烯，需要1-3mm的研磨介质（氧化锆），分散介质用水或二甲基甲酰胺，优选选用行星球磨机。研磨后的产品可以是石墨烯浆体，也可以干燥后制备石墨烯粉末。球磨机剥离制备石墨烯，可应用于大规模生产石墨烯，石墨烯的成本低，适应性较宽，适合用于混凝土增强剂、防腐涂料、润滑剂、导电涂料、散热涂料等。
优点：利用球磨机制备石墨烯设备成本低，一般在5万元以内，生产简单、高效，产能大，适合于规模化生产。
缺点：利用球磨机制备的石墨烯中单层石墨烯含量较少，一般在10层以上，石墨烯性能较差，一般为石墨烯微片。
砂磨机剥离制备石墨烯，需要0.1mm的研磨介质（氧化锆），分散介质用水或二甲基甲酰胺，优选卧式砂磨机，最高转速一般在1500rpm，高速研磨后的产品可以是石墨烯浆体，也可以干燥后制备石墨烯粉末。石墨烯产品质量高，主要是单层石墨烯，产品适应性较宽，适合用于高性能需求的锂电池导电剂、导电油墨、导电涂料、散热涂料等。
优点：砂磨机高转速研磨，不断循环，研磨效率高，得到的石墨烯质量高，单层含量高。砂磨机设备成本较低，一般价格为20万元左右。。
缺点：利用砂磨机制备石墨烯，产量低于球磨机。
胶体研磨制备石墨烯，主要是采用胶体研磨头的剪切，在湿法状态下研磨石墨。一般采用膨胀石墨、二甲基甲酰胺和少量分散剂混合，在胶体磨研磨，再搭配超声分散、喷雾干燥，得到石墨烯粉。
优点：胶体研磨制备石墨烯产能高，石墨烯质量高，一般石墨烯都在10层以内。适合规模化生产高质量石墨烯。利用胶体研磨制备石墨烯，石墨烯可以是浆体，也可以是粉体，适合用于锂电池导电浆料、光伏导电涂料、防腐涂料、润滑剂、散热涂料、导热纺织物、导热膜等。
缺点：胶体研磨设备成本较高，一般规模化生产设备在100-200万元。
气流粉碎以干态石墨为原料，通过极强的气流射流使石墨颗粒在粉碎剥离腔中循环连续粉碎剥离。不需要加入其它介质，其剥离效率高，产能高，适合于规模化生产。设备一般在50-100万元。
优点：气流粉碎剥离制备石墨烯产能高，由于配有分级机，可以获得高质量石墨烯，一般石墨烯都在2-8层。非常适合规模化生产高质量石墨烯。石墨烯产品是粉末，适合用于对纯度要求较高的锂电池导电浆料、光伏导电涂料、散热涂料、导热纺织物、导热膜、润滑油添加剂等。
缺点：气流粉碎剥离制备石墨烯存在噪音和少量粉尘。
螺杆剪切机为成熟的设备，通过将石墨分散在聚合物中，在螺杆强剪切力的作用下连续挤出剪切，使石墨剥离为石墨烯并分散的聚合物中形成粒状。一般选用高剪切的双螺杆挤出机。该方法不但高效获得石墨烯，而且石墨烯中直接在聚合物中，不再团聚，使用存储方便。这类石墨烯不需要从聚合物中分离，可以直接应用于塑料、橡胶等，制备增强塑料、增强橡胶、导热塑料、纺织导热纤维等。
优点：利用螺杆剪切制备石墨烯设备成熟稳定，一台螺杆剪切机约为30-50万元，制备效率高，非常适合规模化生产。石墨烯产品已被剥离分散处理为粒料，易于在塑料、橡胶等高分子材料中添加使用。
缺点：螺杆剪切机制备得到的石墨烯为复合物，不是单纯的石墨烯粉，不适合用于涂料。
总 结
制备石墨烯原来可以这么简单。机械剥离均是采用机械剪切力快速制备石墨烯。不但无污染，而且可以批量制备石墨烯，使石墨烯的制造成本大幅降低，进而推动了石墨烯在橡塑增强、锂电池石墨烯导电剂、导电油墨、防腐涂料、散热涂料、混凝土增强、可加热纺织物、导热膜等的规模化应用。机械剥离已经开启了规模化低成本制备石墨烯的号角，其发展潜力无限。
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