本實用新型屬于石墨烯領(lǐng)域，尤其涉及一種生長石墨烯的裝置，具體而言是一種使用CVD方法生長石墨烯的裝置。

背景技術(shù)：

CVD方法生長的石墨烯質(zhì)量高，層數(shù)可控，雜質(zhì)少，因此越來越受到人們的重視。目前利用CVD方法生長石墨烯的爐體結(jié)構(gòu)一般為管式爐結(jié)構(gòu)，而在工業(yè)生產(chǎn)大面積規(guī)?；a(chǎn)中，也普遍采用管式爐結(jié)構(gòu)。將管式爐的結(jié)構(gòu)放大，外置加熱絲，管式爐石英管最大可以做到500mm。在管式爐中放置上金屬生長基底，將金屬基底升溫，通入甲烷、乙烯、乙炔等碳源氣體或者直接用固體碳源，再通入氫氣作為還原氣氛，氬氣等惰性氣體作為載氣，在高溫下，金屬將碳源氣體或固體裂解，最后在金屬表面形成石墨烯。

為了提高生產(chǎn)效率，目前工業(yè)上將生長基底用層層疊加的方式于耐高溫材料加工的架子上，耐高溫材料為石英板、剛玉板等。這種方式導(dǎo)致生長氣流容易出現(xiàn)不均勻并使得生長不均勻的情況，這是因為氣流進(jìn)入生長腔體后，具有一定的動能并且容易隨著最短路徑進(jìn)入抽氣系統(tǒng)。由于工業(yè)化生長的基底面積較大，氣流在金屬基底表面還容易形成渦流，因而導(dǎo)致石墨烯的生長面內(nèi)不均勻。目前為了使氣流均勻采用的最普遍的方案是利用長距離的氣流運輸，使得氣流在低真空環(huán)境下自然擴散均勻，但這也導(dǎo)致了石英管爐體的空間利用率不高。另一個方法是盡量使生長基底每一層之間距離足夠大，但相應(yīng)的，也導(dǎo)致了石墨烯的生產(chǎn)效率降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種生長石墨烯的裝置，本實用新型能使各層生長基底之間的氣流均勻分布，解決了石墨烯生長過程中各層生長基底之間氣流均一性差的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種生長石墨烯的裝置，其特征在于：包括反應(yīng)腔、進(jìn)氣機構(gòu)和真空抽氣機構(gòu)，所述反應(yīng)腔內(nèi)固定設(shè)置有用于將反應(yīng)腔分為生長室和勻氣室的勻氣篩，所述生長室內(nèi)固定設(shè)置有層層疊加的生長基底，所述進(jìn)氣機構(gòu)和真空抽氣機構(gòu)均通過電磁閥與勻氣室連通。

所述勻氣室的數(shù)量為兩個，所述生長室位于兩個勻氣室之間，所述進(jìn)氣機構(gòu)通過電磁閥與其中一個勻氣室連通，所述真空抽氣機構(gòu)通過電磁閥與另一個勻氣室連通。

所述勻氣室的數(shù)量為兩個，所述生長室位于兩個勻氣室之間，所述進(jìn)氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室連通，所述真空抽氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室連通。

所述進(jìn)氣機構(gòu)包括氣體室、混氣室和管道，所述混氣室通過管道連接在氣體室和勻氣室之間，所述電磁閥位于混氣室與勻氣室之間。

所述真空抽氣機構(gòu)包括真空泵、針閥和管道，所述針閥通過管道連接在真空泵與勻氣室之間，所述電磁閥位于針閥與勻氣室之間。

所述勻氣室內(nèi)固定設(shè)置有氣流擋板。

所述氣流檔板為弧形板。

所述生長室內(nèi)相鄰兩層生長基底之間的間距為5mm。

采用本實用新型的優(yōu)點在于：

一、本實用新型中，通過勻氣室能夠避免氣流直線通過反應(yīng)腔，使得氣流能夠在勻氣室經(jīng)自動擴散后再從勻氣篩進(jìn)入反應(yīng)腔，最后再通過另一勻氣室抽走，實現(xiàn)了氣流均衡進(jìn)入反應(yīng)腔和平緩抽氣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型能使生長室各層生長基底之間的氣流均勻分布，解決了石墨烯生長過程中各層生長基底之間氣流均一性差的問題，最終使制得的石墨烯的性能質(zhì)量更好。

二、本實用新型中，進(jìn)氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室連通的結(jié)構(gòu)和真空抽氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室連通結(jié)構(gòu)，能夠在生長過程中隨時將進(jìn)氣位置和抽氣位置進(jìn)行對調(diào)，從而使得生長基底上的石墨烯更加均勻。另外，通過電磁閥控制還能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)氣與抽氣的快速換位。

三、本實用新型中，通過針閥隨時能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)抽氣量的大小，造成氣流擾動消除低壓生長過程中可能產(chǎn)生的湍流，使得氣流更加平緩和均勻。

四、本實用新型中，通過設(shè)置在勻氣室內(nèi)的弧形氣流擋板，能夠減小反應(yīng)腔內(nèi)氣流的動能，避免其直線通過反應(yīng)腔。

五、本實用新型中，生長室內(nèi)相鄰兩層生長基底之間的間距為5mm，該結(jié)構(gòu)使得相鄰兩生長基底之間的距離能夠放到最近距離，各層之間的氣流分布也均勻，使得可以將生長基底的距離放到最近距離，提高了生長效率。同時，石墨烯的性能也得到了提升，特別是面內(nèi)生長均勻性的提高。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號為：1、反應(yīng)腔，2、勻氣篩，3、生長室，4、勻氣室，5、生長基底，6、真空泵，7、針閥，8、氣體室，9、混氣室，10、氣流擋板。

具體實施方式

實施例1

一種生長石墨烯的裝置，包括反應(yīng)腔1、進(jìn)氣機構(gòu)和真空抽氣機構(gòu)，所述反應(yīng)腔1內(nèi)固定設(shè)置有用于將反應(yīng)腔1分為生長室3和勻氣室4的勻氣篩2，所述生長室3內(nèi)固定設(shè)置有層層疊加的生長基底5，所述勻氣室4的數(shù)量為兩個，且兩個勻氣室4相對稱，所述生長室3位于兩個勻氣室4之間，所述進(jìn)氣機構(gòu)通過電磁閥與其中一個勻氣室4連通，所述真空抽氣機構(gòu)通過電磁閥與另一個勻氣室4連通。

本實施例中，所述進(jìn)氣機構(gòu)包括氣體室8、混氣室9和管道，所述混氣室9通過管道連接在氣體室8和勻氣室4之間，所述電磁閥位于混氣室9與勻氣室4之間。所述真空抽氣機構(gòu)包括真空泵6、針閥7和管道，所述針閥7通過管道連接在真空泵6與勻氣室4之間，所述電磁閥位于針閥7與勻氣室4之間。

本實施例中，所述氣體室8中的主要氣體為碳源氣體（包括甲烷、乙炔、乙烷、乙烯等含碳?xì)怏w）、高純氫氣、高純氬氣、高純氮氣等。所述混氣室9的主要功能是將上述反應(yīng)氣體做均勻混合。所述勻氣篩2為耐高溫材料，對氫氣、甲烷等氣體無反應(yīng)活性，在高溫下不變形無損傷；所述勻氣篩2篩孔均勻分布于勻氣篩2上。所述針閥7為可隨時自動調(diào)節(jié)管徑大小閥門，通過調(diào)節(jié)管徑大小控制真空系統(tǒng)抽速，達(dá)到影響生長氣壓使氣流擾動消除低壓生長過程可能產(chǎn)生的湍流的目的。

本實施例中，所述生長室3內(nèi)的生長基底5一層一層的放置于石英板上，相鄰兩層生長基底5之間的間距為5mm。

實施例2

一種生長石墨烯的裝置，包括反應(yīng)腔1、進(jìn)氣機構(gòu)和真空抽氣機構(gòu)，所述反應(yīng)腔1內(nèi)固定設(shè)置有用于將反應(yīng)腔1分為生長室3和勻氣室4的勻氣篩2，所述生長室3內(nèi)固定設(shè)置有層層疊加的生長基底5，所述勻氣室4的數(shù)量為兩個，所述生長室3位于兩個勻氣室4之間，所述進(jìn)氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通，所述真空抽氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通。

本實施例中，所述進(jìn)氣機構(gòu)包括氣體室8、混氣室9和管道，所述混氣室9通過管道連接在氣體室8和勻氣室4之間，所述電磁閥位于混氣室9與勻氣室4之間。由于進(jìn)氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通，因此，電磁閥位于混氣室9與勻氣室4之間的具體結(jié)構(gòu)為：其中一個電磁閥設(shè)置在混氣室9與其中一個勻氣室4之間，另一個電磁閥設(shè)置在混氣室9與另一個勻氣室4之間，兩個電磁閥分別控制混氣室9與兩個勻氣室4之間的通斷。

本實施例中，所述真空抽氣機構(gòu)包括真空泵6、針閥7和管道，所述針閥7通過管道連接在真空泵6與勻氣室4之間，所述電磁閥位于針閥7與勻氣室4之間。由于真空抽氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通，因此，電磁閥位于針閥7與勻氣室4之間的具體結(jié)構(gòu)為：其中一個電磁閥設(shè)置在針閥7與其中一個勻氣室4之間，另一個電磁閥設(shè)置在針閥7與另一個勻氣室4之間，兩個電磁閥分別控制針閥7與兩個勻氣室4之間的通斷。

本實施例中，所述的電磁閥通過工控軟件控制，通過前期設(shè)置，可程序化自動改變進(jìn)氣方向和抽氣方向，使氣流流向變化，氣流均一性更佳。

實施例3

一種生長石墨烯的裝置，包括反應(yīng)腔1、進(jìn)氣機構(gòu)和真空抽氣機構(gòu)，所述反應(yīng)腔1內(nèi)固定設(shè)置有用于將反應(yīng)腔1分為生長室3和勻氣室4的勻氣篩2，所述生長室3內(nèi)固定設(shè)置有層層疊加的生長基底5，所述勻氣室4的數(shù)量為兩個，所述生長室3位于兩個勻氣室4之間，所述進(jìn)氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通，所述真空抽氣機構(gòu)分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通。其中，所述進(jìn)氣機構(gòu)包括氣體室8、混氣室9和管道，所述混氣室9通過管道連接在氣體室8和勻氣室4之間，所述電磁閥位于混氣室9與勻氣室4之間。所述真空抽氣機構(gòu)包括真空泵6、針閥7和管道，所述針閥7通過管道連接在真空泵6與勻氣室4之間，所述電磁閥位于針閥7與勻氣室4之間。

本實施例中，所述勻氣室4內(nèi)固定設(shè)置有氣流擋板10，所述氣流檔板為弧形板。其中，所述氣流擋板10為以耐高溫材料，置于勻氣室4的進(jìn)氣口和抽氣口處，且其凹面朝向進(jìn)氣口和抽氣口，反應(yīng)氣體進(jìn)入高速氣流撞擊到擋板上被改變方向失去動能，反應(yīng)氣體在低壓下自由擴散至反應(yīng)室。

本實施例的工作原理為：進(jìn)氣機構(gòu)從其中一個勻氣室4中通入甲烷、氫氣等氣體，而從另外一個勻氣室4里抽真空。氣流經(jīng)混氣室9混合均勻后，通過電磁閥進(jìn)入勻氣室4，在勻氣室4入口處有氣流擋板10，氣流擋板10的作用是減小氣流動能，避免其直線通入反應(yīng)室。進(jìn)入勻氣室4的氣體在勻氣室4經(jīng)自動擴散后從勻氣篩2的篩孔中均勻進(jìn)入反應(yīng)室。再進(jìn)入另外一個的勻氣室4由真空抽氣機構(gòu)抽走。勻氣篩2上均勻的分布若干小孔，使得氣體進(jìn)入反應(yīng)室均勻且每層生長基底5都有氣流通過。