[发明专利]连续化低压石墨烯生长系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续化低压石墨烯生长系统，具体地说属于薄膜制备和材料生长领域。

背景技术

石墨烯(graphene)是由碳原子构成的二维蜂窝状晶体，它的理论导电性达到了200000cm²V^-1s^-1，单层石墨烯的理论透光性达到了97.7%，同时具有优异的力学性能和热学性能。这些优异的性能使得石墨烯在透明导电薄膜、传感器、场效应晶体管等器件方面具有良好的应用前景。其中，石墨烯透明导电薄膜已经开始运用于手机触摸屏。

生长石墨烯薄膜的设备很多，目前较普遍的是气氛管式炉。气氛管式炉主要用于冶金、热处理、新能源等行业，它通过控制系统的气体、温度、压强、降温等因素对材料进行制备和处理。

现有的低压管式炉具备了控制升温、控制系统压强、控制气体进出等功能。但是，在制备石墨烯的过程中，需要反复对其升降温，不能实现连续化生长。不仅浪费了时间、提高了成本，而且只能进行小规模的石墨烯制备，严重制约了石墨烯这一性能优异的二维材料的广泛应用。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供了一种连续化低压石墨烯生长系统，它能够解决现有管式炉难以实现石墨烯规模化制备以及均匀性控制等问题。

为达到以上目的，本发明采用了以下技术方案：一种连续化低压石墨烯生长系统，主要包括加热炉体、流量控制与气体混合系统、PLC集成控制模块、真空系统、伺服电动机及减速器，所述加热炉体内设有两个伺服电动机，所述加热炉体的一端与真空系统相连接，另一端与流量控制与气体混合系统相连接。

本发明所述加热炉体内设有石英管以用于石墨烯生长和真空获得。所述的流量控制与气体混合系统包括至少2个进气口和与石英管连接的出气口。所述的PLC集成控制模块可以采集热电偶、真空压力计、气体流量计等数据，并在控制面板上显示和控制。所述真空系统可以让石英管内保持低压状态；同时可调节真空系统的抽气速率和气压。所述伺服电动机及减速器包括主动与从动两个部分，分别放置于石英管的两端，通过调节电动机的转速，控制铜箔匀速通过加热炉体并完成石墨烯生长。

采用以上技术方案后，本发明一种连续化低压石墨烯生长系统，可以实现石墨烯的连续化生产，提高了石墨烯的产量；铜箔在相同的气氛条件和压强下匀速通过加热炉体，可以提高石墨烯的均匀性，连续化的石墨烯生长避免了传统的升降温循环操作；低压的石墨烯生长环境，可以减少气体的用量，节约了能耗和程序，同时提高了系统的安全性。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明连续生长系统得到的石墨烯RAMAN图。 

具体实施方式                                            

下面结合附图对本发明作进一步描述。

根据图1、图2所示，本发明一种连续化低压石墨烯生长系统，主要包括加热炉体、流量控制与气体混合系统、PLC集成控制模块、真空系统、伺服电动机及减速器，所述加热炉体内设有两个伺服电动机，铜箔卷展开后两端分别固定在两个电动机上，所述加热炉体的一端与真空系统相连接，可以抽掉真空；另一端与流量控制与气体混合系统相连接，可以向炉体内充入混合生长气体。

本发明所述PLC集成模块可以采集热电偶、流量计、真空计、电动机的数据，显示在控制面板上，并控制上述四个系统的运行，是整个系统的控制器。 所述加热炉体内设有石英管，提供石墨烯生长所需的温度条件，以用于石墨烯生长和真空获得。所述的流量控制与气体混合系统包括至少2个进气口和1个与石英管连接的出气口。所述的PLC集成控制模块可以采集热电偶、真空压力计、气体流量计等的数据，并在控制面板上显示和控制。所述真空系统可以让石英管内保持低压状态；同时可调节真空系统的抽气速率和气压。所述伺服电动机及减速器包括主动与从动两个部分，分别放置于石英管的两端，通过主动、从动两个电动机转动来调节电动机的转速，控制铜箔匀速通过加热炉体并完成石墨烯的生长。

本发明工艺流程为：将铜箔卷放置在从动轮上，并将铜箔与主动轮相连接；使系统密封并抽真空。待系统压强稳定后（1Pa左右），执行加热程序，打开外接气体阀门通入氢气。当气温达到石墨烯的生长温度（1045度左右）时，按照一定的流量通入碳氢化合物和氢气并控制系统的压强（100-200Pa），启动电动机，使铜箔匀速通过加热炉体并生长石墨烯。

本发明具体实施方式如下：

1)  、加热炉体