一種連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，旨在解決石墨烯在基體上的快速連續(xù)生長問題，同時解決能量和原料無法得到有效利用的問題。通過卷材在反應(yīng)腔體中U型排列或S型排列，實現(xiàn)了在反應(yīng)腔體的一端連續(xù)進(jìn)樣和取樣，連續(xù)生產(chǎn)；卷材的U型排列或S型排列有效利用了反應(yīng)腔體內(nèi)的空間，同時在相同生長時間內(nèi)因卷材的多次卷繞提高了生長效率有效利用了能量，節(jié)約了成本；石墨烯在反應(yīng)腔體內(nèi)以卷材為基體快速生長，有效利用了反應(yīng)腔體內(nèi)的生長氣體，節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫氣相沉積【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在科研和生產(chǎn)中氣相沉積裝置主要是以高溫管式爐為基礎(chǔ)進(jìn)行的。
[0003]傳統(tǒng)的管式爐因只有一個反應(yīng)腔體，一定時間內(nèi)僅能單次生長少量石墨烯薄膜，兩端采用法蘭密封，燒結(jié)過程中兩端密封，無法進(jìn)行連續(xù)進(jìn)樣和取樣，且管式爐完全冷卻后才能更換樣品，熱量得不到充分利用，生長石墨烯效率極低，冷卻過程損失大量反應(yīng)氣體。且在1000°c超高溫度下無法保證爐管內(nèi)樣品生長結(jié)束后快速冷卻，不利于石墨烯的批量生產(chǎn)。因此采用傳統(tǒng)管式爐生長石墨烯增加了成本。
[0004]目前制備石墨烯薄膜的設(shè)備都是單次卷繞，生長速度慢，利用率低。
[0005]因此，針對上述情況，如何解決石墨烯在基體上的快速連續(xù)生長問題，同時解決能量無法得到有效利用的問題，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，可以實現(xiàn)金屬基體在爐體內(nèi)的S型或U型卷繞，且在一端連續(xù)進(jìn)樣和取樣，實現(xiàn)了石墨烯的快速生長，既節(jié)省了能量，有效利用了生長氣體，同時節(jié)約了生長時間，可以獲得大批量的石墨烯薄膜。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，包括爐體和反應(yīng)腔體，還包括驅(qū)動裝置；且所述反應(yīng)腔體的端部開設(shè)有進(jìn)樣口和出樣口，所述驅(qū)動裝置能夠帶動基體由所述進(jìn)樣口進(jìn)入所述反應(yīng)腔體，由所述出樣口離開所述反應(yīng)腔體。
[0009]優(yōu)選的，所述基體在所述進(jìn)樣口和出樣口兩端均為成卷排列的卷材，所述驅(qū)動裝置能夠帶動所述卷材旋轉(zhuǎn)，使其連續(xù)地穿過所述反應(yīng)腔體。
[0010]優(yōu)選的，所述進(jìn)樣口和所述出樣口設(shè)置在所述反應(yīng)腔體的同一端，所述反應(yīng)腔體內(nèi)通過支撐架安裝有旋轉(zhuǎn)軸，所述基體由所述進(jìn)樣口進(jìn)入所述反應(yīng)腔體經(jīng)過所述旋轉(zhuǎn)軸的U型卷繞后，再由同一側(cè)的所述出樣口離開所述反應(yīng)腔體。
[0011]優(yōu)選的，所述進(jìn)樣口和所述出樣口設(shè)置在所述反應(yīng)腔體的同一端，所述反應(yīng)腔體內(nèi)通過支撐架安裝有多個旋轉(zhuǎn)軸，所述基體由所述進(jìn)樣口進(jìn)入所述反應(yīng)腔體依次經(jīng)過所述多個旋轉(zhuǎn)軸的S型卷繞后，再由同一側(cè)的所述出樣口離開所述反應(yīng)腔體。
[0012]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔體的進(jìn)樣口和出樣口處還設(shè)置有保溫罩機構(gòu)。
[0013]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔體為采用石英、陶瓷或不銹鋼材料制成的腔體。
[0014]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔體的截面為圓形或方形。
[0015]從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，在反應(yīng)腔體的端部開設(shè)有進(jìn)樣口和出樣口，驅(qū)動裝置能夠帶動基體由進(jìn)樣口進(jìn)入反應(yīng)腔體，由出樣口離開反應(yīng)腔體；與現(xiàn)有技術(shù)中封閉式的結(jié)構(gòu)相比，實現(xiàn)了在1000°c高溫下金屬基體的連續(xù)進(jìn)樣和出樣，實現(xiàn)了石墨烯的快速生長，既節(jié)省了能量，有效利用了生長氣體，同時節(jié)約了生長時間，可以獲得大批量的石墨烯薄膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明第一個實施例中提供的U型的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明第二個實施例中提供的S型的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實施例提供的支撐架和旋轉(zhuǎn)軸的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中，I為反應(yīng)腔體,2為旋轉(zhuǎn)軸,3為支撐架,4為基體,5為爐體。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明公開了一種連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，可以實現(xiàn)金屬基體在爐體內(nèi)的S型或U型卷繞，且在一端連續(xù)進(jìn)樣和取樣，實現(xiàn)了石墨烯的快速生長，既節(jié)省了能量，有效利用了生長氣體，同時節(jié)約了生長時間，可以獲得大批量的石墨烯薄膜。
[0022]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]請參閱圖1-圖3，圖1為本發(fā)明第一個實施例中提供的U型的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明第二個實施例中提供的S型的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的支撐架和旋轉(zhuǎn)軸的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]本發(fā)明實施例提供的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，包括爐體5和反應(yīng)腔體1，在爐體5的作用下對反應(yīng)腔體I內(nèi)的物料進(jìn)行加熱，其核心改進(jìn)點在于，還包括驅(qū)動裝置；且反應(yīng)腔體I的端部開設(shè)有進(jìn)樣口和出樣口，驅(qū)動裝置能夠帶動基體4由進(jìn)樣口進(jìn)入反應(yīng)腔體1，由出樣口離開反應(yīng)腔體I。
[0025]從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，在反應(yīng)腔體的端部開設(shè)有進(jìn)樣口和出樣口，驅(qū)動裝置能夠帶動基體由進(jìn)樣口進(jìn)入反應(yīng)腔體，由出樣口離開反應(yīng)腔體；與現(xiàn)有技術(shù)中封閉式的結(jié)構(gòu)相比，實現(xiàn)了在1000°c高溫下金屬基體的連續(xù)進(jìn)樣和出樣，實現(xiàn)了石墨烯的快速生長，既節(jié)省了能量，有效利用了生長氣體，同時節(jié)約了生長時間，可以獲得大批量的石墨烯薄膜。
[0026]為了進(jìn)一步優(yōu)化上述的技術(shù)方案，基體4在進(jìn)樣口和出樣口兩端均為成卷排列的卷材(銅、鎳等)，節(jié)省了空間占用，驅(qū)動裝置能夠帶動卷材的纏繞軸旋轉(zhuǎn)，使基體4連續(xù)地穿過反應(yīng)腔體I。
[0027]在本方案提供的第一個具體實施例中，進(jìn)樣口和出樣口設(shè)置在反應(yīng)腔體I的同一端，反應(yīng)腔體I內(nèi)通過支撐架3安裝有旋轉(zhuǎn)軸2，基體4由進(jìn)樣口進(jìn)入反應(yīng)腔體I經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸2的U型卷繞后，再由同一側(cè)的出樣口離開反應(yīng)腔體1，其結(jié)構(gòu)可以參照圖1和圖3所示，支撐架3的作用是固定旋轉(zhuǎn)軸2。這樣一來，金屬基體4的卷材(銅、鎳等)在反應(yīng)腔體I內(nèi)呈U型排列，通過旋轉(zhuǎn)軸2實現(xiàn)連續(xù)卷繞，不再是傳統(tǒng)的直線排列，實現(xiàn)了在反應(yīng)腔體I的同一端連續(xù)進(jìn)樣和取樣，有效利用了反應(yīng)腔體I內(nèi)的空間，避免兩端分別開進(jìn)樣口和取樣口，兩端同時向外流失熱量；同時在相同生長時間內(nèi)因卷材的卷繞提高了生長效率有效利用了能量，節(jié)約了成本。
[0028]在本方案提供的第二個具體實施例中，進(jìn)樣口和出樣口設(shè)置在反應(yīng)腔體I的同一端，反應(yīng)腔體I內(nèi)通過支撐架3安裝有多個旋轉(zhuǎn)軸2，基體4由進(jìn)樣口進(jìn)入反應(yīng)腔體I依次經(jīng)過多個旋轉(zhuǎn)軸2的S型卷繞后，再由同一側(cè)的出樣口離開反應(yīng)腔體I。其結(jié)構(gòu)可以參照圖2所示，支撐架3和旋轉(zhuǎn)軸2的數(shù)量為間隔設(shè)置的三組，金屬基體4依次繞過這三個旋轉(zhuǎn)軸
2。通過在相同生長時間內(nèi)卷材的更多次卷繞，進(jìn)一步地提高了生長效率，更有效地利用了能量空間。
[0029]為了進(jìn)一步優(yōu)化上述的技術(shù)方案，反應(yīng)腔體I的進(jìn)樣口和出樣口處還設(shè)置有保溫罩機構(gòu)，比如保溫外罩等形式，以減少進(jìn)樣口 /出樣口與外界的熱量流失。當(dāng)進(jìn)樣口和出樣口均開設(shè)在反應(yīng)腔體I的同一端時，可以使保溫結(jié)構(gòu)包住這一端，乃至成卷排列在此的金屬基體4的卷材。此時還能夠?qū)⑦@些保溫結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)腔體I整體的一部分，認(rèn)為卷材直接設(shè)置在其內(nèi)，將位于爐體5之間加熱的視為其本體部分。
[0030]作為優(yōu)選，反應(yīng)腔體I采用性質(zhì)穩(wěn)定的材料，可以為石英、陶瓷或不銹鋼材料制成的腔體，比如石英管；其截面可以為圓形或方形，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠根據(jù)實際情況對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在此不再贅述。
[0031]綜上所述，本發(fā)明實施例提供的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，旨在解決石墨烯在基體上的快速連續(xù)生長問題，同時解決能量無法得到有效利用的問題。通過卷材在反應(yīng)腔體中U型排列或S型排列，實現(xiàn)了在反應(yīng)腔體的一端連續(xù)進(jìn)樣和取樣，連續(xù)生產(chǎn)；卷材的U型排列或S型排列有效利用了反應(yīng)腔體內(nèi)的空間，同時在相同生長時間內(nèi)因卷材的多次卷繞提高了生長效率有效利用了能量，節(jié)約了成本；石墨烯在反應(yīng)腔體內(nèi)以卷材為基體快速生長，有效利用了反應(yīng)腔體內(nèi)的生長氣體，節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率。
[0032]本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0033]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，包括爐體(5)和反應(yīng)腔體(1)，其特征在于，還包括驅(qū)動裝置；且所述反應(yīng)腔體(1)的端部開設(shè)有進(jìn)樣口和出樣口，所述驅(qū)動裝置能夠帶動基體(4)由所述進(jìn)樣口進(jìn)入所述反應(yīng)腔體(1)，由所述出樣口離開所述反應(yīng)腔體⑴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，其特征在于，所述基體(4)在所述進(jìn)樣口和出樣口兩端均為成卷排列的卷材，所述驅(qū)動裝置能夠帶動所述卷材旋轉(zhuǎn)，使其連續(xù)地穿過所述反應(yīng)腔體(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，其特征在于，所述進(jìn)樣口和所述出樣口設(shè)置在所述反應(yīng)腔體(1)的同一端，所述反應(yīng)腔體(1)內(nèi)通過支撐架(3)安裝有旋轉(zhuǎn)軸(2)，所述基體(4)由所述進(jìn)樣口進(jìn)入所述反應(yīng)腔體(1)經(jīng)過所述旋轉(zhuǎn)軸(2)的U型卷繞后，再由同一側(cè)的所述出樣口離開所述反應(yīng)腔體(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，其特征在于，所述進(jìn)樣口和所述出樣口設(shè)置在所述反應(yīng)腔體(1)的同一端，所述反應(yīng)腔體(1)內(nèi)通過支撐架(3)安裝有多個旋轉(zhuǎn)軸(2)，所述基體(4)由所述進(jìn)樣口進(jìn)入所述反應(yīng)腔體(1)依次經(jīng)過所述多個旋轉(zhuǎn)軸(2)的S型卷繞后，再由同一側(cè)的所述出樣口離開所述反應(yīng)腔體(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，其特征在于，所述反應(yīng)腔體(1)的進(jìn)樣口和出樣口處還設(shè)置有保溫罩機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，其特征在于，所述反應(yīng)腔體(1)為采用石 英、陶瓷或不銹鋼材料制成的腔體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)快速生長石墨烯的氣相沉積裝置，其特征在于，所述反應(yīng)腔體(1)的截面為圓形或方形。
【文檔編號】C23C16/54GK103993297SQ201410253209
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】王姣霞, 汪偉, 劉兆平 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所