[發明專利]連續化低壓石墨烯生長系統

無效

• 申請號: 201310324572.0
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103420366A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 倪振華;陳玉明;梁錚;丁榮;義理林
• 申請（專利權）人: 泰州巨納新能源有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種連續化低壓石墨烯生長系統，具體地說屬于薄膜制備和材料生長領域。

背景技術

石墨烯(graphene)是由碳原子構成的二維蜂窩狀晶體，它的理論導電性達到了200000cm²V^-1s^-1，單層石墨烯的理論透光性達到了97.7%，同時具有優異的力學性能和熱學性能。這些優異的性能使得石墨烯在透明導電薄膜、傳感器、場效應晶體管等器件方面具有良好的應用前景。其中，石墨烯透明導電薄膜已經開始運用于手機觸摸屏。

生長石墨烯薄膜的設備很多，目前較普遍的是氣氛管式爐。氣氛管式爐主要用于冶金、熱處理、新能源等行業，它通過控制系統的氣體、溫度、壓強、降溫等因素對材料進行制備和處理。

現有的低壓管式爐具備了控制升溫、控制系統壓強、控制氣體進出等功能。但是，在制備石墨烯的過程中，需要反復對其升降溫，不能實現連續化生長。不僅浪費了時間、提高了成本，而且只能進行小規模的石墨烯制備，嚴重制約了石墨烯這一性能優異的二維材料的廣泛應用。

發明內容

針對以上缺陷，本發明提供了一種連續化低壓石墨烯生長系統，它能夠解決現有管式爐難以實現石墨烯規模化制備以及均勻性控制等問題。

為達到以上目的，本發明采用了以下技術方案：一種連續化低壓石墨烯生長系統，主要包括加熱爐體、流量控制與氣體混合系統、PLC集成控制模塊、真空系統、伺服電動機及減速器，所述加熱爐體內設有兩個伺服電動機，所述加熱爐體的一端與真空系統相連接，另一端與流量控制與氣體混合系統相連接。

本發明所述加熱爐體內設有石英管以用于石墨烯生長和真空獲得。所述的流量控制與氣體混合系統包括至少2個進氣口和與石英管連接的出氣口。所述的PLC集成控制模塊可以采集熱電偶、真空壓力計、氣體流量計等數據，并在控制面板上顯示和控制。所述真空系統可以讓石英管內保持低壓狀態；同時可調節真空系統的抽氣速率和氣壓。所述伺服電動機及減速器包括主動與從動兩個部分，分別放置于石英管的兩端，通過調節電動機的轉速，控制銅箔勻速通過加熱爐體并完成石墨烯生長。

采用以上技術方案后，本發明一種連續化低壓石墨烯生長系統，可以實現石墨烯的連續化生產，提高了石墨烯的產量；銅箔在相同的氣氛條件和壓強下勻速通過加熱爐體，可以提高石墨烯的均勻性，連續化的石墨烯生長避免了傳統的升降溫循環操作；低壓的石墨烯生長環境，可以減少氣體的用量，節約了能耗和程序，同時提高了系統的安全性。

附圖說明

圖1為本發明的結構框圖。

圖2為本發明連續生長系統得到的石墨烯RAMAN圖。?

具體實施方式????????????????????????????????????????????

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

根據圖1、圖2所示，本發明一種連續化低壓石墨烯生長系統，主要包括加熱爐體、流量控制與氣體混合系統、PLC集成控制模塊、真空系統、伺服電動機及減速器，所述加熱爐體內設有兩個伺服電動機，銅箔卷展開后兩端分別固定在兩個電動機上，所述加熱爐體的一端與真空系統相連接，可以抽掉真空；另一端與流量控制與氣體混合系統相連接，可以向爐體內充入混合生長氣體。

本發明所述PLC集成模塊可以采集熱電偶、流量計、真空計、電動機的數據，顯示在控制面板上，并控制上述四個系統的運行，是整個系統的控制器。?所述加熱爐體內設有石英管，提供石墨烯生長所需的溫度條件，以用于石墨烯生長和真空獲得。所述的流量控制與氣體混合系統包括至少2個進氣口和1個與石英管連接的出氣口。所述的PLC集成控制模塊可以采集熱電偶、真空壓力計、氣體流量計等的數據，并在控制面板上顯示和控制。所述真空系統可以讓石英管內保持低壓狀態；同時可調節真空系統的抽氣速率和氣壓。所述伺服電動機及減速器包括主動與從動兩個部分，分別放置于石英管的兩端，通過主動、從動兩個電動機轉動來調節電動機的轉速，控制銅箔勻速通過加熱爐體并完成石墨烯的生長。

本發明工藝流程為：將銅箔卷放置在從動輪上，并將銅箔與主動輪相連接；使系統密封并抽真空。待系統壓強穩定后（1Pa左右），執行加熱程序，打開外接氣體閥門通入氫氣。當氣溫達到石墨烯的生長溫度（1045度左右）時，按照一定的流量通入碳氫化合物和氫氣并控制系統的壓強（100-200Pa），啟動電動機，使銅箔勻速通過加熱爐體并生長石墨烯。

本發明具體實施方式如下：

1)??、加熱爐體