[實用新型]一種制備石墨烯時使用的石英加熱腔

有效

• 申請號: 201320665607.2
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN203593623U
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 高玉強;宋建;張紅巖;王建正
• 申請（專利權）人: 山東天岳晶體材料有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻

技術領域

本實用新型屬于新材料加工技術領域，具體涉及一種制備石墨烯使用的石英加熱腔，特別是一種利用高溫退火在碳化硅襯底上制備石墨烯使用的石英加熱腔。

背景技術

石墨烯是由碳原子緊密堆積成的一種碳質新材料，具有單層二維蜂窩狀(只包括六角原胞)晶格結構，只有一個原子的厚度（～0.35nm），它的結構穩定性非常高，而且各碳原子之間的連接相當柔韌，當受到外力攻擊時，就會歪曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應外力，從而保證了自身結構的穩定性。

作為單質，石墨烯具有許多優異的性能，它最大的特性就是其電子的運動速度是光速的三百分之一，是目前已知材料中電子傳導速率最快的，是銻化銦材料（目前已知具有最高遷移率的材料）的兩倍。石墨烯雖然只有一個原子的厚度，但是強度非常高，最高強度達130GPa，是鋼的一百多倍。石墨烯還具有室溫下的半整數量子霍爾效應、隧道效應、永久的導電率等一系列特殊性質。

目前已經成功發展出多種制備石墨烯的方法，如:膠帶微機械剝離法、化學試劑插層剝離膨脹石墨法、過渡金屬表面高溫下滲入碳原子然后快速降溫偏析出石墨烯的化學氣相沉積(CVD)法、氧化石墨還原法等。前兩種方法制備的石墨烯都需要被轉移到絕緣襯底上，第三種方法在銅或鎳的金屬表面利用化學氣相沉積法可制備出大面積的石墨烯薄膜且質量不錯，但是此法獲得的石墨烯薄膜厚度的可控性較差。氧化石墨還原法雖然可以獲得較大面積的石墨烯薄膜，但是由于制備過程中的石墨烯引入了大量的缺陷，且單片石墨烯尺寸較小，導致得到的石墨烯薄膜不連續，其導電性也有待提高。為了克服上述制備工藝存在的不足，需要研發一種新的石墨烯的制備方法和設備。

發明內容

針對現有技術石墨烯制備工藝存在的不足之處，本實用新型的發明人提供了一種利用高溫退火在碳化硅襯底上制備石墨烯使用的石英加熱腔，該石英加熱腔可將相應的石墨桶放置在腔體內，利用常規的射頻加熱方式對其加熱生產石墨烯，該加熱腔包括內有中空夾層的上開口腔體和頂蓋，頂蓋上設置有測溫窗口和進氣口，腔體底部設置有測溫窗口和出氣口，腔體一側頂部設置有與中空夾層聯通的冷卻水出口，腔體另一側底部設置有與中空夾層聯通的冷卻水進口，腔體內設置有保溫層，保溫層中部為凹槽，腔體底部設置的測溫窗口貫穿保溫層與凹槽連接；采用這種結構的石英加熱腔，可以利用常規的射頻加熱裝置對腔體內的物質進行加熱，加熱效率高，熱量散失少，且獲得的溫度場更加均勻，通過其利用高溫退火在碳化硅襯底上制備石墨烯，提高了石墨烯的純度，節約了生產成本，提高了生產效率。

本實用新型的具體技術方案是：

一種制備石墨烯時使用的石英加熱腔，包括內有中空夾層的上開口腔體和頂蓋，頂蓋上設置有測溫窗口和進氣口，腔體底部設置有測溫窗口和出氣口，腔體一側頂部設置有與中空夾層聯通的冷卻水出口，腔體另一側底部設置有與中空夾層聯通的冷卻水進口，腔體內設置有保溫層，保溫層中部為凹槽，腔體底部設置的測溫窗口貫穿保溫層并與凹槽連接；

采用這種結構的石英加熱腔，使用時可以將石墨桶通過腔體上端的開口直接放置在保溫層中部的凹槽中，之后將頂蓋蓋上使腔體內成為密閉的空間，便于后期制備過程中抽真空或通入惰性氣體；之后就可以通過冷卻水進口向腔體內的中空夾層中加入冷卻水，降低加熱時石英腔體本身的溫度，以免腔體受損和過熱后難以取放；可以通過頂蓋上的進氣口通入惰性氣體，或者封閉該進氣口直接利用腔體底部設置的出氣口對腔體內抽真空，以達到反應的要求；使用時，將該腔體直接放置到射頻加熱線圈中去即可對腔體內的石墨桶進行加熱，加熱過程中，可以通過頂蓋上的測溫窗口通過儀器測定腔體內的溫度，也可以通過腔體底部設置的測溫窗口直接測定凹槽的溫度，從而更好的掌握整個腔體內的溫度分布，實時調整射頻加熱的強度，更好的控制反應的溫度。

綜上所述，采用這種結構的石英加熱腔，可以利用常規的射頻加熱裝置對腔體內的物質進行加熱，加熱效率高，熱量散失少，且獲得的溫度場更加均勻，對于反應過程中溫度的控制更加精確，通過其利用高溫退火在碳化硅襯底上制備石墨烯，提高了石墨烯的純度，節約了生產成本，提高了生產效率。

附圖說明

圖1為本實用新型所述石英加熱腔的結構示意圖；

圖2為本實用新型所述石英加熱腔的俯視圖；

圖3為圖2中A-A的剖視圖；

圖中1為腔體，2為進氣口，3為測溫窗口，4為冷卻水出口，5為出氣口，6為冷卻水進口，7為保溫層，8為凹槽，9為頂蓋。

具體實施方式

一種制備石墨烯時使用的石英加熱腔，包括內有中空夾層的上開口腔體1和頂蓋9，頂蓋9上設置有測溫窗口3和進氣口2，腔體底部設置有測溫窗口3和出氣口5，腔體1一側頂部設置有與中空夾層聯通的冷卻水出口4，腔體1另一側底部設置有與中空夾層聯通的冷卻水進口6，腔體1內設置有保溫層7，保溫層7中部為凹槽8，腔體底部設置的測溫窗口3貫穿保溫層7與凹槽8連接。