[实用新型]化学气相沉积法制备石墨烯的高温炉设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及石墨烯制备领域，尤其涉及高温炉制备石墨烯的设备，具体是指一种化学气相沉积法制备石墨烯的高温炉设备。

背景技术

化学气相沉积法的原理是将一种或多种气态物质导入到一个反应腔内发生化学反应，生成一种新的材料沉积在衬底表面。它是目前应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的技术。

Srivastava等采用微波增强化学气相沉积法在包裹有Ni的Si衬底上生长出来20nm左右厚度的花瓣状的石墨片，并研究了微波功率大小对石墨片形貌的影响。获得了比之前的制备方法得到的厚度更小的石墨片，究结果表明：微波功率越大，石墨片越小，但密度更大，此种方法制备的石墨片含有较多的Ni元素。

Kim等在Si衬底上添加一层厚度小于300nm的Ni，然后在1000℃的甲烷、氢气和氩气的混合气流中加热这一物质，再将它迅速降至室温。这一过程能够在Ni层的上部沉积出6～10层石墨烯。通过此法制备的石墨烯电导率高、透明性好、电子迁移率高(～3700cm2/(V·s))，并且具有室温半整数量子Hall效应。用制作Ni层图形的方式，能够制备出图形化的石墨烯薄膜，这些薄膜可以在保证质量的同时转移到不同的柔性衬底上。这种转移可通过两种方法实现：一是把Ni用溶剂腐蚀掉以使石墨烯薄膜漂浮在溶液表面，进而把石墨烯转移到任何所需的衬底上；另外一种则是用橡皮图章式的技术转移薄膜。

化学气相沉积法可满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求，但现阶段因其较高的成本、复杂的工艺以及精确的控制加工条件制约了这种方法制备石墨烯的发展，有待进一步研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现真空混气、快速降温的化学气相沉积法制备石墨烯的高温炉设备。

为了实现上述目的，本实用新型的高温炉设备具有如下构成：

该化学气相沉积法制备石墨烯的高温炉设备，其主要特点是，所述的设备包括：

高温炉组件，包括加热炉体、设置于所述的加热炉体内部的耐高温反应管和密封元件，其中所述的耐高温反应管和密封元件组合成一个密闭空间；

可滑动导轨组件，包括底架、导轨和相对于所述的导轨可滑动的滑块，所述的加热炉体固定于所述的滑块上，所述的导轨固定在所述的底架上；

真空混气组件，包括混气架、真空泵机组、混气元件，所述的真空泵机组与混气元件安装于混气架内，所述的混气元件由多路进气管道和混气装置组成，所述的多路进气管道一端与所述的混气装置连接，与所需通入的气体源连接；所述的混气架设置于所述的底架下方，所述的真空泵机组与所述的密封元件的抽真空口连接，混气元件与密封元件的进气口连接，在加热过程中，所述的高温炉组件位于所述的混气架的正上方，在加热完成后，所述的高温炉组件沿着导轨移至导轨的远离混气架一端。

较佳地，所述的密封元件为两个密封法兰，所述的两个密封法兰分别设置于所述的耐高温反应管的两端。

较佳地，所述的高温加热炉为上下开合式。

较佳地，所述的高温加热炉两侧分别设置有反应管穿孔，所述的耐高温反应管通过所述的反应管穿孔横向穿设于所述的高温加热炉中。

更佳地，所述的可滑动导轨组件还包括支撑架，所述的耐高温反应管两端通过所述的支撑架固定于所述的底架上。

较佳地，所述的可滑动导轨组件还包括导轨固定架，所述的导轨通过所述的导轨固定架固定于所述的底架上。

较佳地，所述的滑块穿设于所述的导轨上或所述的滑块嵌设于所述的导轨中。

较佳地，所述的设备还包括进气控制针阀，所述的混气元件通过所述的进气控制针阀与所述的密封元件的进气口连接。

较佳地，所述的化学气相沉积法制备石墨烯的高温炉设备还包括真空计和质量流量计，所述的真空计与所述的真空泵机组相连接，在所述的反应管内真空达到要求时关闭，所述的质量流量计与所述的进气管道相连，在通入气体时开启所述的质量流量计。

采用了该实用新型中的化学气相沉积法制备石墨烯的高温炉设备，采用滑动与真空相结合的模式，以化学气相沉积法制备石墨烯，这种制备方式可以满足在制备过程中迅速冷却的要求，更加有效的制备石墨烯片，并且通过滑动控制可以减少对样品的震动，提高了石墨烯的质量，绝对的密封空间大大提高了设备的安全性与有效性，并且结构简单易于使用，适合大规模推广。

附图说明

图1为本实用新型的化学气相沉积法制备石墨烯的高温炉设备的示意图

图2为本实用新型的化学气相沉积法制备石墨烯的高温炉设备的右视图