[實用新型]一種快速制備石墨烯的設備

有效

• 申請號: 201420434539.3
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN204281319U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 周振義;劉志成;鄧科文;楊海濤;張志華;張文國;張旭磊
• 申請（專利權）人: 常州二維碳素科技有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 徐琳淞

技術領域

本實用新型涉及一種快速制備石墨烯的設備。

背景技術

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一層碳原子厚度的新型二維材料。由于石墨烯特殊的化學結構使其在力學、熱學、光學、電學等方面具有十分優異的性質，如具有超強的導電性、寬譜段高透明度、超高的機械強度與良好的導熱性等。石墨烯獨特的物理性質決定了其廣闊的應用前景，例如，石墨烯廣泛應用于光電設備，可以用于制作柔性透明電極等，利用石墨烯制作的柔性透明電極與目前市場主導的ITO透明電極相比，透光率更強、光電轉換效率更高、功耗更低、導熱性更好；石墨烯還可以用于制造下一代納米電子集成器件，制造得到的電子器件不僅運行速度快，并且耗能比現有器件顯著降低；此外，石墨烯在航天器制造與醫療方面發揮著不可替代的作用。

自2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫通過實驗成功地從石墨中分離出石墨烯并證實它可以單獨存在后，研究人員公開了諸多制備石墨烯的方法，如微機械剝離法、外延生長法、化學還原法、化學氣相沉積法(CVD)等。其中，微機械剝離法是直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來制備石墨烯的一種方法；外延生長法是利用硅的高蒸汽壓，在高溫和超高真空條件下使硅原子揮發，剩余的碳原子通過結構重排在SiC表面形成石墨烯；化學還原法是將氧化石墨與水混合，用超聲波振蕩至溶液清晰無顆粒狀物質，加入適量肼加熱回流，產生黑色顆粒狀沉淀，過濾、烘干即得石墨烯；CVD法是以甲烷等含碳化合物作為碳源，在鎳、銅等具有溶碳量的金屬生長基體上通過將碳源高溫分解然后采用強迫冷卻的方式而在基體表面形成石墨烯。采用CVD法制備的石墨烯不僅面積較大，而且具有層數可控的優點，逐漸成為制備高質量石墨烯的主要方法之一。

目前，固定式管式爐樣片隨爐升溫降溫生產周期較長，效率低下；通常改善后的管式爐采用爐體移動或者石英爐管移動。申請號為CN201320561099.3的中國專利文獻提供了《一種石墨烯生長裝置》，，包括石墨烯沉積系統、沉積爐和小車；石墨烯沉積系統的石墨烯模具和石墨烯基底設置在內石英管內部，內石英管開口端外部設有密閉法蘭，密閉法蘭上設有進氣口和抽氣口；沉積爐爐體右側設有爐口，加熱系統為空腔形，水平滑軌固定在爐口下側，水平滑軌上滑動連接有石英管夾持裝置；小車車體內設有水平升降臺和水平夾持裝置。此裝置對生產效率有一定的提高，但是在移動過程中熱量會出現大量的流失，在重新進樣后，需要一段時間才能恢復到沉積溫度，間接延長了生長周期。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種快速制備石墨烯的設備，極大的提高管式爐的生長效率，減少能源的損失及浪費。

實現本實用新型目的的技術方案是：一種快速制備石墨烯的設備，包括管式爐、裝樣艙、真空閥和多個載樣小舟；所述管式爐包括石英管，該石英管的一端為加熱端，另一端通過真空閥與裝樣艙連接，石英管的加熱端的外部設有加熱裝置；所述管式爐的石英管上設有第一進氣口和第一出氣口；所述裝樣艙上設有第二進氣口、第二出氣口和裝樣口；所述裝樣艙內設有換位裝置和移動裝置；所述多個載樣小舟放置在裝樣艙的換位裝置上，并通過換位裝置改變載樣小舟與移動裝置之間的相對位置；所述移動裝置帶動與其位置對應的載樣小舟在換位裝置與石英管的加熱端之間移動。

所述裝樣艙內的換位裝置采用傳輸帶；所述傳輸帶的運動方向與移動裝置的運動方向垂直；所述多個載樣小舟按照傳輸帶的運動方向依次放置在傳輸帶上。

所述多個載樣小舟并排放置在裝樣艙的換位裝置上，載樣小舟的一端設有石英棒；所述石英棒的外端部固定有磁力塊；所述裝樣艙的移動裝置包括伸縮桿以及固定在伸縮桿端部的磁性線圈；所述磁性線圈通電后吸附磁力塊，并通過伸縮桿的伸縮帶動載樣小舟在裝樣艙的換位裝置與石英管的加熱端之間移動。

所述載樣小舟材質為金屬如不銹鋼或者鍍銅不銹鋼或者不銹鐵或者中低碳鋼或者鍍鋅鐵或者鎳鉻或者鐵鉻鋁；所述載樣小舟上的磁力塊的材料為硬磁性材料；所述裝樣艙的移動裝置的磁性線圈的材料為軟磁性材料。

所述真空閥為真空球閥或者真空蝶閥或者真空閘閥或者真空截止閥或者真空隔膜閥或者真空電磁閥或者真空安全閥或者真空檔板閥或者真空插板閥或者真空充氣閥。

采用了上述技術方案，本發明具有以下的有益效果：