[发明专利]一种在常压下连续快速制备石墨烯的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯生产制造领域，尤其涉及一种在常压下连续快速制备石墨烯的设备及方法。

背景技术

石墨烯是碳原子基于sp2杂化组成的六角蜂巢状结构，仅一个原子层厚的二维晶体。2004年，Andre Geim和Konstantin Novoselov等人发现稳定存在的单层石墨烯，也因其在石墨烯方面的开创性工作而获得2010年诺贝尔物理学奖。近年来，石墨烯在微电子、量子物理、材料、化学等领域都表现出许多令人振奋的性能和潜在的应用前景，吸引了科学界和工业界的广泛关注。石墨烯具有优异的力、热、光、电等性质。石墨烯常温下的电子迁移率超过15000cm2/V·s，超过碳纳米管和硅晶体，而电阻率只约10^-6Ω·cm，比铜或银的更低，是目前世上电阻率最小的材料。而其高达97.7％的全波段透光率是其他导电材料难以匹敌的。

目前工业上普遍采用化学气相沉积(CVD)法作为制备大面积石墨烯的方法。但是化学气相沉积法制备石墨烯的速度较慢，设备复杂，制备周期长，影响生产效率，经济效益低。目前缺乏一种可以用于石墨烯连续快速制备的设备和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在常压下连续快速制备石墨烯的设备及方法，克服了石墨烯制备周期长、生产效率低、工艺复杂、经济效益差的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种在常压下连续快速制备石墨烯的设备，包括箱体、恒温退火腔、降温生长腔、冷却腔，所述箱体通过隔板分隔成所述恒温退火腔、所述降温生长腔、所述冷却腔，所述恒温退火腔、所述降温生长腔内部由上至下均依次设有进气管、混气室、反应腔体，所述进气管穿过所述箱体伸入所述混气室内，所述混气室与所述反应腔体连通，所述冷却腔内设有冷却装置，所述箱体内部还设有送料装置、冷气管，所述送料装置依次穿过所述恒温退火腔和所述降温生长腔的反应腔体、所述冷却装置，所述恒温退火腔、所述降温生长腔、所述冷却腔均设有压力释放管。

本发明的有益效果是：设备结构简单、操作方便，设置恒温退火腔、降温生长腔、冷却腔可同步操作进行，提高了生产效率，经济效益高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述恒温退火腔与所述降温生长腔之间的隔板上设有第一阀门，所述降温生长腔与所述冷却腔之间的隔板上设有第二阀门。

采用上述进一步方案的有益效果是：设置阀门使得恒温退火腔、降温生长腔、冷却腔之间可以相互连通，有利于送料装置运输物料同时又不影响各个腔的反应，使得各个腔独立封闭。

进一步，所述送料装置包括放料机构、出料机构、传送带，所述放料机构安装在所述恒温退火腔内，所述出料机构安装在所述冷却腔内，所述传送带的一端与所述放料机构连接，所述传送带的另一端依次穿过所述恒温退火腔的反应腔体、所述第一阀门、所述降温生长腔的反应腔体、所述第二阀门、所述冷却装置后与所述出料机构连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过送料装置实现了设备的自动化运输，操作方便，提高了生产效率。

进一步，每个所述反应腔体的顶端和底部均设置有加热器。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过加热器有效控制反应腔体的内部的反应温度，易于控制，使得反应时保持在合适的反应温度范围内。

进一步，所述恒温退火腔的进气管数量至少为两根，所述降温生长腔的进气管数量至少为三根。

采用上述进一步方案的有益效果是：使得通入的气体可以分别同时通入，节约时间，提高生产效率，同时避免进气管数量过少，有点进气管损坏后影响生产效率。

根据上述设备采用一种制备石墨烯的方法，包括以下步骤：

1)通过所述送料装置将金属基底送入所述恒温退火腔中，向所述恒温退火腔的进气管通入惰性保护气体和还原气体，进行退火反应，完成退火反应后通过所述送料装置将金属基底送入所述降温生长腔内；

2)向所述降温生长腔的进气管通入反应气体，并进行降温反应，在降温反应过程中，金属基底(13)上的石墨烯成核生长至成石墨烯薄膜，再将金属基底(13)通过所述送料装置送入所述冷却腔内；

3)向所述冷却腔内通入惰性气体，通过所述冷却装置降低所述冷却腔内的温度为室温，完成金属基底(13)上的石墨烯冷却之后，进行出料，完成石墨烯的制备。

有益效果是：步骤简单，操作方便，并且可同步循环进行，提高石墨烯的生产制备效率，缩短了制备周期。