一种石墨烯生产用的智能装置及其控制方法与流程

1.本发明属于石墨烯制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯生产用的智能装置及其控制方法。


背景技术：

2.目前，石墨烯是由碳原子组成的二维蜂窝状网络结构，是一种可以直接从石墨中剥离出来、由单层碳原子构成的面材料。石墨烯中碳原子的排列与石墨一样，都属于复式六角晶体结构，在二维平面上以sp2杂化轨道互相堆垛，每个碳原子与其最相邻的三个碳原子间构成三个σ键，而剩余的一个p轨道电子（π电子）垂直于石墨烯平面，与周围碳原子的π键形成离域大π键。在石墨烯的同一原子面上只有两种空间位置不同的原子。
3.从结构上看，石墨烯是其他一切碳纳米材料的基本单元。例如，它可以翘曲成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管，堆垛成三维的石墨。这种独特的结构特点赋予了石墨烯优异的物理、化学及力学等性能。这些独特的性能特点使石墨烯在电子器件（场效应、射频电路等），光学器件（激光器、超快电子光学器件等）、量子效应器件，化学、生物传感器，复合材料、储能材料与器件（超级电容器、锂离子电池、燃料电池等）领域方面有广泛的应用前景。
4.目前石墨烯生产用的智能装置存在以下缺点和问题：1. 石墨烯生产的成本较高。石墨烯生产需要高温、高压等条件，而现有的生产设备和技术难以实现大规模生产，导致石墨烯的成本较高。
5.2. 石墨烯的质量难以控制。石墨烯的质量受到多种因素的影响，如反应条件、原料质量、加工工艺等，现有的生产设备和技术难以实现对石墨烯质量的精确控制。
6.3. 环境污染问题。石墨烯生产需要使用大量的化学试剂和高温高压条件，会产生大量废气、废水和废弃物，对环境造成污染。
7.4. 安全隐患。石墨烯生产过程中涉及到高温、高压、易燃易爆等危险因素，如果操作不当或设备出现故障可能会引发安全事故。
8.5. 生产效率低。目前的石墨烯生产设备大多采用批量生产方式，生产效率较低，无法满足大规模生产的需求。
9.6. 技术瓶颈。目前的石墨烯生产技术仍处于发展初期，存在很多技术瓶颈，如如何实现稳定的生产、如何提高石墨烯的产量和质量等问题。
10.7. 维护成本高。石墨烯生产设备需要进行定期的检修和维护，维护成本较高，也会对生产效率和产品质量产生一定的影响。
11.针对以上问题和缺点，需要通过技术创新和设备更新来解决，同时需要加强对生产过程中的安全和环境保护的管理和控制。例如，可以采用更高效、更节能、更环保的生产设备和工艺，如采用微波化学气相沉积法、热化学气相沉积法等新型生产技术；加强对原料的筛选和质量控制，以保证产品的稳定性和一致性；建立完善的废弃物处理系统和废气处理系统，以减少环境污染；加强对生产过程中的安全管理和监测，建立完善的安全生产管理
制度；加强对人员的培训和技能提升，提高生产效率和产品质量。同时，需要加强石墨烯生产技术的研究和开发，推动石墨烯产业的发展和应用。


技术实现要素：

12.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种石墨烯生产用的智能装置及其控制方法。
13.本发明是这样实现的，一种石墨烯生产用的智能装置包括：反应室，用于作为石墨烯物料的反应腔室；加热模块，安装在反应室内部，用于利用加热电极对石墨烯物料进行加热；抽真空模块，与反应室连通，用于利用真空泵对反应室内部进行抽真空；控制模块，与加热模块和抽真空模块连接，用于利用plc控制器对整体装置的运行进行智能控制。
14.进一步，所述反应室内部安装有内胆，所述加热电极安装在内胆里侧。
15.进一步，所述反应室和内胆之间设置有耐高温材料层。
16.进一步，所述反应室上端侧面连通有投料口，所述反应室底部连通有放料口。
17.进一步，所述投料口和放料口中间分别安装有控制阀。
18.进一步，所述plc控制器连接外侧嵌装有触控显示屏。
19.本发明的另一目的在于提供一种石墨烯生产用的智能装置的控制方法，所述石墨烯生产用的智能装置的控制方法包括：步骤一，利用投料口向反应室内进行物料添加，添加完成后，关闭投料口的控制阀；步骤二，利用plc控制器控制电极对反应室内的物料进行加热控制，实现对石墨烯的制备；步骤三，制备完成后，打开放料口的控制阀，可以进行物料的排放。
20.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：本发明通过plc控制器可以对反应室内的加热电极的加热操作进行智能控制，能够保证石墨烯制备效率的同时，减少能耗。
21.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：1） 提高生产效率：智能装置采用自动化控制和数据采集技术，能够实现对石墨烯生产过程的自动化控制和优化，提高生产效率，降低生产成本。
22.2） 提高生产质量：智能装置能够精准地控制反应温度、压力等参数，避免反应过程中的不稳定因素，从而提高生产质量和石墨烯的纯度。
23.3） 提高安全性：智能装置采用各种安全保护机制，包括过载保护、过温保护、漏电保护等，能够保证装置的安全性，避免人身伤害和装置故障。
24.4） 改善环境效益：智能装置采用真空泵进行抽真空，减少了有害气体的排放，改善环境效益。
25.5） 提高可控性：智能装置采用温度传感器、气体处理模块等技术手段，实时监测和控制反应过程中的各种参数，能够提高石墨烯生产过程的可控性和稳定性。
26.6） 扩大应用范围：智能装置能够实现对反应气体的处理，如氧化、还原、掺杂等，从而影响石墨烯的性质和应用，扩大石墨烯在各个领域的应用范围。
27.总之，上述方案的优点和积极效果不仅能够提高石墨烯生产的效率和质量，还能够提高安全性、改善环境效益、提高可控性和扩大应用范围，具有很大的实用价值和应用前景。
附图说明
28.图1是本发明实施例提供的石墨烯生产用的智能装置的结构示意图；图2是本发明实施例提供的石墨烯生产用的智能装置的控制方法的流程图；图3是本发明实施例提供的石墨烯生产用的智能装置的内部结构示意图；图4是本发明实施例提供的石墨烯生产用的智能装置的底部结构示意图；图5是本发明实施例提供的石墨烯生产用的智能装置的plc控制器结构示意图；图中：1、反应室；2、加热模块；3、抽真空模块；4、控制模块；5、电极；6、真空泵；7、plc控制器；8、内胆；9、耐高温材料层；10、投料口；11、放料口；12、控制阀；13、触控显示屏。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.如图1所示，本发明实施例提供的石墨烯生产用的智能装置中的反应室1内部安装有内胆8，所述内胆8里侧安装有电极5，所述电极5通过连接线路与反应室1外部的plc控制器7连接。反应室1通过连接管路连通有真空泵6，所述真空泵与plc控制器7连接。
31.本发明实施例中的反应室1和内胆8之间设置有耐高温材料层9。
32.本发明实施例中的反应室1上端侧面连通有投料口10，所述反应室1底部连通有放料口11。
33.本发明实施例中的投料口10和放料口11中间分别安装有控制阀12。
34.本发明实施例中的plc控制器7连接外侧嵌装有触控显示屏13。
35.本发明的工作原理是：本发明在使用时，利用投料口10向反应室1内进行物料添加，添加完成后，关闭投料口10的控制阀12。利用plc控制器7控制电极5对反应室1内的物料进行加热控制，实现对石墨烯的制备。制备完成后，打开放料口11的控制阀12，可以进行物料的排放。
36.如图2所示，本发明实施例提供的石墨烯生产用的智能装置的控制方法包括：s101，利用投料口向反应室内进行物料添加，添加完成后，关闭投料口的控制阀；s102，利用plc控制器控制电极对反应室内的物料进行加热控制，实现对石墨烯的制备；
s103，制备完成后，打开放料口的控制阀，可以进行物料的排放。
37.针对石墨烯生产用的智能装置的控制方法，可以进行如下的丰富和细化：步骤一中的物料添加可以根据需要进行自动或手动投料。自动投料可以通过传感器进行监测，当反应室内物料的浓度降低到一定程度时，自动启动投料机构进行补料。手动投料可以由操作人员根据实际情况进行投料，投料过程中需要注意控制物料的流量和速度，以避免对反应产生影响。
38.在步骤二中，可以通过对电极的温度、加热时间和加热功率进行精确控制，以实现对石墨烯的高效制备。同时，需要定期检查电极的使用情况，及时更换损坏的电极以保证制备效果。
39.在步骤三中，可以根据需要进行自动或手动排料。自动排料可以通过传感器监测反应室内物料浓度的变化，当浓度下降到一定程度时自动启动排料机构进行排料。手动排料需要操作人员根据实际情况进行控制，确保排料时不会对反应室内的石墨烯产生影响。另外，需要注意排料口的位置和大小，以确保物料能够顺利排出，并且不会对环境造成污染。
40.除了以上的步骤，还可以考虑在整个生产过程中加入实时监控、数据采集和分析等技术，以及对生产环境、安全和质量等方面进行全面的管理和控制，从而进一步提高生产效率、降低成本、提高产品质量和安全性。
41.针对上述方案，本发明实施例可以进一步优化和细化如下：1） 反应室：可以采用高压反应室或者石英管反应室等不同种类的反应室，以适应不同的生产需求。
42.2） 加热模块：可以采用电阻加热方式或者石墨加热方式等不同种类的加热方式，以实现对石墨烯物料的精准控制。
43.3） 抽真空模块：可以采用机械泵、分子泵或者离子泵等不同种类的真空泵，以满足不同的真空度要求。
44.4） 控制模块：可以采用plc控制器、单片机或者嵌入式系统等不同种类的控制器，以实现对整个装置的自动化控制和数据采集。
45.5） 温度传感器：可以设置在反应室内部，以实时监测反应温度，确保石墨烯生产过程的稳定性和可控性。
46.6） 气体处理模块：可以设置在反应室内部或者与反应室相连的气路中，以实现对反应气体的处理，如氧化、还原、掺杂等，从而影响石墨烯的性质和应用。
47.7） 冷却模块：可以设置在反应室内部或者反应室周围，以实现对反应体系的快速冷却，避免过度热化和石墨烯结构的破坏。
48.8） 数据采集和处理模块：可以采用传感器、仪器仪表等手段，实时采集反应过程中的温度、压力、流量等参数，并通过计算机软件进行数据处理和分析，以实现对石墨烯生产过程的监控和优化。
49.9） 安全保护模块：可以设置在装置的关键部位，如加热电极、真空泵等，实现对装置的安全保护。例如，可以设置过载保护、过温保护、漏电保护等安全机制，以避免装置故障和人身伤害。
50.10） 自动清洗模块：可以设置在反应室内部，用于自动清洗反应室，以避免反应残
留物对下一次反应的影响。
51.11） 其他辅助设施：如电源、水源、气源等，以支持装置的正常运行。
52.总之，对于石墨烯生产用的智能装置，可以根据生产需求和技术要求，选用不同种类的模块和设施，进行优化和细化，以实现对石墨烯生产过程的高效、稳定、可控生产。
53.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
54.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种石墨烯生产用的智能装置，其特征在于，所述石墨烯生产用的智能装置包括：反应室，用于作为石墨烯物料的反应腔室；加热模块，安装在反应室内部，用于利用加热电极对石墨烯物料进行加热；抽真空模块，与反应室连通，用于利用真空泵对反应室内部进行抽真空；控制模块，与加热模块和抽真空模块连接，用于利用plc控制器对整体装置的运行进行智能控制。2.如权利要求1所述的石墨烯生产用的智能装置，其特征在于，所述反应室内部安装有内胆，所述加热电极安装在内胆里侧。3.如权利要求2所述的石墨烯生产用的智能装置，其特征在于，所述反应室和内胆之间设置有耐高温材料层。4.如权利要求1所述的石墨烯生产用的智能装置，其特征在于，所述反应室上端侧面连通有投料口，所述反应室底部连通有放料口。5.如权利要求4所述的石墨烯生产用的智能装置，其特征在于，所述投料口和放料口中间分别安装有控制阀。6.如权利要求1所述的石墨烯生产用的智能装置，其特征在于，所述plc控制器连接外侧嵌装有触控显示屏。7.一种用于实施权利要求1~6任意一项所述的石墨烯生产用的智能装置的控制方法，其特征在于，所述石墨烯生产用的智能装置的控制方法包括：步骤一，利用投料口向反应室内进行物料添加，添加完成后，关闭投料口的控制阀；步骤二，利用plc控制器控制电极对反应室内的物料进行加热控制，实现对石墨烯的制备；步骤三，制备完成后，打开放料口的控制阀，可以进行物料的排放。8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7所述的石墨烯生产用的智能装置的控制方法的步骤。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7所述的石墨烯生产用的智能装置的控制方法的步骤。10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述的石墨烯生产用的智能装置的控制方法的步骤。

技术总结
本发明属于石墨烯制备技术领域，公开了一种石墨烯生产用的智能装置及其控制方法，反应室用于作为石墨烯物料的反应腔室；反应室内部安装有内胆，反应室和内胆之间设置有耐高温材料层。反应室上端侧面连通有投料口，所述反应室底部连通有放料口。加热模块安装在反应室内部，用于利用加热电极对石墨烯物料进行加热；抽真空模块与反应室连通，用于利用真空泵对反应室内部进行抽真空；控制模块与加热模块和抽真空模块连接，用于利用PLC控制器对整体装置的运行进行智能控制。本发明通过PLC控制器可以对反应室内的加热电极的加热操作进行智能控制，能够保证石墨烯制备效率的同时，减少能耗。耗。耗。


技术研发人员：郝晓东
受保护的技术使用者：山西鸿泰复材科技有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/8