[发明专利]一种石墨烯制备装置及应用该装置图案化生长石墨烯的方法

权利要求书

1.一种石墨烯制备装置，包括中空腔体（19），其特征在于，所述中空腔体（19）外壳由外至内依次为腔体外层（11）、腔体保温层（12）和腔体内层（13）；

所述中空腔体（19）沿横轴线的一侧设有进气法兰（9），与进气法兰（9）对应的中空腔体（19）的另一侧设有排气法兰（10）；与排气法兰（10）所在的中空腔体（19）面垂直的一面处连有相匹配的进样门（14）；腔体外层（11）与进样门（14）之间设有铜垫片（15）；

所述中空腔体（19）内部沿纵轴线设有对应的上工作台（5）和下工作台（3），上工作台（5）内设有加热器B（6）并通过上工作台调节机构（7）与中空腔体（19）内壁相连；上工作台（5）沿下工作台（3）的表面设有夹具（4）；下工作台（3）内部设有加热器A（2），并通过下工作台支架（1）与中空腔体（19）内壁相连；

与下工作台支架（1）对应的中空腔体（19）的腔体保温层（12）内和与上工作台调节机构（7）对应的中空腔体（19）的腔体保温层（12）内均设有加热器C（8）；

所述夹具（4）由上至下依次设有上部机构（4B）和下部机构（4A），上部机构（4B）和下部机构（4A）均为卡槽式夹持机构。

2.根据权利要求1所述的石墨烯制备装置，其特征在于，所述下工作台（3）和上工作台（5）的材质为石英、氧化铝、氧化锆中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的石墨烯制备装置，其特征在于，所述上工作台调节机构（7）的材质为金属钨或钼。

4.根据权利要求1所述的石墨烯制备装置，其特征在于，所述腔体外层（11）的材质为不锈钢，腔体保温层（12）的材质为多孔氧化铝，腔体内层（13）的材质为氧化铝陶瓷。

5.根据权利要求1所述的石墨烯制备装置，其特征在于，所述进样门（14）的材质为不锈钢。

6.一种利用如权利要求1~5任一所述石墨烯制备装置图案化生长石墨烯的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)开启进样门（14），在下工作台（3）上表面水平放置载片，载片上滴加液态金属；

2)在夹具（4）的上部空间插入石墨烯生长基底，由夹具的上部机构（4B）固定；在夹具（4）的下部空间插入图案化掩膜模板，由夹具的下部机构（4A）固定;

3)关闭进样门（14），将石墨烯生长装置抽真空后充入惰性气体，气体压强维持0.1%atm ~1 atm；

4)分别控制加热器A（2）、加热器B（6）、加热器C（8）的温度，使其保持在室温到1200℃之间；

5)向石墨烯生长装置内通入碳源或碳源与氢气的混合气，进行生长5～90分钟；所述碳源包括甲烷、乙烯、乙炔中的至少一种；

6)停止加热，在真空状态下冷却到室温，或通入氩气冷却到室温，即获得图案化生长的石墨烯。

7.根据权利要求6所述利用石墨烯制备装置图案化生长石墨烯的方法，其特征在于，步骤1）所述液态金属包括金属镓、镓铟合金、镓铟锡合金中的至少一种。

8.根据权利要求6所述利用石墨烯制备装置图案化生长石墨烯的方法，其特征在于，步骤1）所述载片包括金属钨箔或钼箔；步骤2）所述石墨烯生长基底为氧化铝基片、石英基片、硅片、玻璃基片中的至少一种；所述图案化掩膜模板材质为石英、钨、钼、钽中的至少一种，厚度为5-50 微米。

9.根据权利要求6所述利用石墨烯制备装置图案化生长石墨烯的方法，其特征在于，步骤3）所述惰性气体包括氮气、氩气、氢气中的至少一种。