[發明專利]一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的裝置及其方法

有效

• 申請號: 201110457518.4
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102560437A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 薄拯;岑可法;嚴建華;王智化;池涌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C23C16/50
• 分類號: C23C16/50;C23C16/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

1.一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的裝置，其特征是包括加熱爐（1）、多錐電極（2）、高壓負電電源（3）、石英管（4）、基底（5）、陶瓷絕緣體（6）和電動平移臺（7）；多錐電極（2）、基底（5）和絕緣陶瓷體（6）布置在石英管（4）內，石英管（4）放置在加熱爐（1）內；基底（5）面對多錐電極（2）錐尖；基底（5）與電動平移臺（7）相連；基底（5）接地，多錐電極（2）與高壓負電電源（3）相連。

2.根據權利要求1所述的一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的裝置，其特征是：所述多錐電極（2）為兩套以上錐形電極陣列，相鄰錐形電極平行，之間采用陶瓷絕緣體6相隔，間距為1～10毫米。

3.根據權利要求1所述的一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的裝置，其特征是：所述多錐電極（2）中的單個錐形電極的錐度為1：3～1：20。

4.根據權利要求1所述的一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的裝置，其特征是：所述多錐電極（2）中的每個錐形電極均采用獨立的高壓負電電源3供電。

5.根據權利要求1所述的一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的裝置，其特征是：基底（5）與多錐電極（2）錐尖的間距為1～20毫米。

6.根據權利要求1所述的一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的裝置，其特征是：所述基底材料為金、銀、銅、鋁、鐵、不銹鋼、硅和碳中一種或多種。

7.一種使用如權利要求1所述裝置的快速制備大范圍垂直取向石墨烯的方法，其特征是它的步驟如下：

1）打開加熱爐（1），在常壓氫氣和惰性氣體混合氣氛中將基底（5）加熱至600～900^oC；

2）保持加熱爐（1）爐溫不變，打開高壓負電電源（3），調整供給電壓為1～6千伏，以基底（5）為陽極，以多錐電極（2）為陰極，在600～900^oC常壓惰性氣體、碳氫化合物和水汽混合氣氛中產生等離子體并持續放電，放電電流為0.1～2毫安；

3）在放電過程中，保持加熱爐（1）爐溫不變，基底（5）在電動平移臺（7）的驅動下以0.01～1毫米/秒的速度平移，平移過程中，保持基底5和多錐電極2間距不變，放電時間為30秒～1小時；

4）放電結束后，保持加熱爐（1）爐溫不變，基底（5）在氫氣氣氛中還原；

5）還原結束后，關閉加熱爐（1），基底（5）在氫氣和惰性氣體氣氛中冷卻至室溫，并在基底（5）表面得到垂直取向石墨烯。

8.根據權利要求7所述的一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的方法，其特征是：所述惰性氣體、碳氫化合物和水汽混合氣氛中，惰性氣體和碳氫化合物的體積百分比為0.01～100：1，水汽相對濕度為5～100％。

9.根據權利要求7所述的一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的方法，其特征是：所述惰性氣體為氬氣或氦氣。

10.根據權利要求7所述的一種快速制備大范圍垂直取向石墨烯的方法，其特征是：所述碳氫化合物為甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的一種或多種。