[發明專利]一種制備石墨烯的電加熱爐

在審

• 申請號: 201410814339.5
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN104528702A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 岑偉;郭雷
• 申請（專利權）人: 青島麥特瑞歐新材料技術有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于石墨烯制備技術領域，特別涉及一種制備石墨烯的電加熱爐。

背景技術

石墨烯是世上最薄，也是最堅硬的納米材料，且完全透明的，只吸收2.3％的光；導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管，電阻率約10-6Ω·cm，比銅或銀更低，是目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。近年來，很多科學家致力于探索制備單層石墨烯的途徑，尤其是要制備高質量、產率高、成本低、結構穩定的石墨烯的方法。

目前，制備石墨烯的方法主要有以下幾種：①剝離法，包括微機械剝離法和溶劑剝離法等；②生長法，包括晶體外延生長、取向附生法、化學氣相沉積等；③氧化還原石墨法，包括常用的Hummers法、Standenmaier法和Brodie法等；④還有電弧放電法、石墨層間化學物途徑法、高溫淬火法和碳納米管剝開法等。其中氧化還原石墨法具有簡單且多元化的工藝，是常用的制備石墨烯的方法。只適合于實驗室少量制備用于研究，大量制備容易產生大量廢酸、廢水等引起環境污染。另外，化學氣相沉積技術設備昂貴，工藝復雜。目前，石墨烯的制備方法并沒有根本性的突破。

本發明涉及一種制備石墨烯的電加熱爐，該裝置簡單操作的、價格低廉，易于向大學及研究機構推廣。

發明內容

本發明要解決的一個技術問題是克服現有技術的不足，提供一種制備石墨烯的電加熱爐裝置，包括供氣系統、排氣系統、加熱系統、爐體滑動系統和沉積系統。

所述的供氣系統，供給氣體包括甲烷、氫氣和氮氣，進氣口持續進氣或脈沖式進氣。所述的裝置的加熱系統是由螺旋形電阻絲通過引出導線外接電源產生熱源。

所述的排氣系統為真空泵，真空泵與沉積室之間設有電磁閥。

所述的加熱系統由螺旋形電阻絲通過引出導線外接電源產生環形加熱。

所述的沉積系統為兩端開口的石英管，通過加熱密封塞實現密閉環境。

所述的滑動系統由兩根平行的金屬滑管或角鋼作為滑軌和支架支撐石英管和加熱系統。

所述的加熱爐中載體材料為鉑、銥、銅、鎳金屬材料，或鍍有鉑、銥、銅、鎳薄膜的纖維材料。

本發明還提供了一種制備石墨烯的操作方法，包括下述步驟：

(1)石英管穿過加熱系統，在中間放入基材，兩端加密封塞；

(2)把環形熱源推到石英管中間加熱；

(3)通入甲烷等氣體；

(4)沉積結束后，把環形加熱源通過滑軌推開；

(5)通入液氮氣化氣體。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

(1)裝置成本低；

(2)該裝置的沉積工藝操作簡單；

(3)該裝置的沉積效果較好；

(4)該裝置易向高校及研究機構推廣應用。

附圖說明

圖1為一種制備石墨烯的電加熱爐示意圖；

10工作臺；20滑桿；30支架；40石英管；50電熱絲；60密封塞；70載體；80氣閥；90甲烷；100氫氣；110氮氣；120鼓風機；130機械泵；140測溫熱電偶。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。

實施例1

根據附圖1所示，選擇1m長的高質量石英管作為沉積爐，銥片為載體材料，尺寸為10mm×10mm×0.5mm。石墨烯制備之前，保持石英管內真空。開啟電源，加熱電阻絲，加熱溫度至950℃，保持恒溫；然后開通進氣閥，放入甲烷和氫氣，其流量分別為100ml/min和50ml/min，保溫10min后，關閉甲烷和氫氣，打開氮氣快速降溫爐體加熱部位，同時快速移動滑軌使加熱部位至液氮噴機處快速冷卻，最后在鉑片上獲得優質的單層石墨烯。

上述僅為本發明的單個具體實施方式，但本發明的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護的范圍的行為。但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。