CN104787757B - 具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，主要由三通出气管、出气流控制器、真空阀、排气管和真空抽气管组成；三通出气管一端为连接端，另外两端为出气端，一个出气端依次连接出气流控制器和排气管，另一个出气端依次连接真空阀和真空抽气管。该装置配合球形炉体使用，在出气口通过计算机控制的出气流控制器、真空阀和真空抽气机来控制球形炉体中部排气以控制炉体内部气流气相动力学关系，在炉膛中形成一种弧形气流路径，控制基底材料表面气相动力学的平衡，消除了基底材料上不均衡的边界层，实现了石墨烯化学气相法制备的气相动力学控制和平衡，使碳源气体混合物均衡地与基底材料反应生长出高质量石墨烯。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯化学气相沉积法制备及其气相动力学控制领域，尤其涉及一种具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置。
背景技术
石墨烯是一种新型的碳质材料，是由碳原子以六边形结构排列的二维晶体，是第一种真正意义上的二维材料。由于其优异的力、热、光、电、磁特性，使得它在纳米光电子器件方面具有巨大的应用前景，如下一代高速晶体管，透明电极，光电、压力传感器等。为此，如何制备大面积高质量的石墨烯便成为目前的研究热点。在众多的制备方法中，化学气相沉积CVD法被认为是最有希望成为实现工业化生产石墨烯的解决方案，并且已经取得了令人瞩目的进展。然而，在化学气相沉积制备石墨烯过程中，影响石墨烯生长的因素很复杂，除了碳源、基底材料外，压力、温度、气体流量、反应装置等都是影响因素。如今化学气相沉积制备石墨烯已能较好地控制反应的压力、温度、气体流量，但对气相动力学的控制仍是弱项。因此，实现有效地气相动力学控制成为化学气相沉积制备石墨烯十分迫切的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，以实现对化学气相法制备石墨烯的气相动力学控制，进而高质量地制备石墨烯。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，主要由三通出气管、出气流控制器、真空阀、排气管和真空抽气管组成；三通出气管一端为连接端，另外两端为出气端，一个出气端依次连接出气流控制器和排气管，另一个出气端依次连接真空阀和真空抽气管。
真空抽气管与真空抽气机连接，出气流控制器、真空阀和真空抽气机由计算机控制。
石墨烯化学气相法制备炉主要由炉体及其进气口和出气口组成，炉体为球形炉体，球形炉体采用圆球形状，炉体中的炉膛采用弧形结构。
进气口和出气口轴向呈90度角，进气口垂直设置在球形炉体顶端；进气口采用大口径多路进气导管设计，进气口直径为球形炉体直径的1/2。
出气口水平设置在球形炉体中部，出气口为多个且对称分布。
出气口为2-8个，且出气口截面积之和等于进气口截面积。
该末端多口出气装置的三通出气管的连接端与出气口连接。
针对目前化学气相沉积CVD法制备石墨烯存在的问题，发明人设计制作了一种具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，主要由三通出气管、出气流控制器、真空阀、排气管和真空抽气管组成。该装置配合球形炉体使用，球形炉体中部排气与上端进气的垂直气流形成90度的角度差，使垂直进气的气流转90度弯从末端出气口水平排气，该装置在出气口通过计算机控制的出气流控制器、真空阀和真空抽气机来控制球形炉体中部排气以控制炉体内部气流气相动力学，在炉膛中形成一种弧形气流路径，平衡基底材料表面气相动力学关系，消除了基底材料上不均衡的边界层，实现了石墨烯化学气相法制备的气相动力学控制和平衡，使碳源气体混合物均衡地与基底材料反应生长出高质量石墨烯。
附图说明
图1是具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置的结构及使用状态示意图。
图2是应用图1中末端多口出气装置的气相动力学控制示意图。
图中：1球形炉体，3出气口，7三通出气管，8出气流控制器，9真空阀，10排气管，11真空抽气管，12气流，13基底材料。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，主要由三通出气管7、出气流控制器8、真空阀9、排气管10和真空抽气管11组成；三通出气管一端为连接端，另外两端为出气端，一个出气端依次连接出气流控制器和排气管，另一个出气端依次连接真空阀和真空抽气管。真空抽气管与真空抽气机连接，出气流控制器、真空阀和真空抽气机由计算机控制。
该末端多口出气装置与石墨烯化学气相法制备炉配合使用。其中，石墨烯化学气相法制备炉主要由炉体及其进气口和出气口3组成，炉体为球形炉体1，球形炉体采用圆球形状，炉体中的炉膛采用弧形结构。进气口和出气口轴向呈90度角，进气口垂直设置在球形炉体顶端；进气口采用大口径多路进气导管设计，可容纳多条进气导管，进气口直径为球形炉体直径的1/2。出气口水平设置在球形炉体中部，负责参与化学气相法制备石墨烯的各种气体的排出，出气口为多个且对称分布。出气口可以为2、3、4、5、6、7或8个，出气口的大小与进气口大小相关，其出气口截面积之和等于进气口截面积。
工作原理
使用时，该末端多口出气装置的三通出气管的连接端分别与各出气口连接。由于水平的出气口与位于球形炉体上端的进气口形成90度的夹角，使从进气口进入的气流，垂直流向基底材料表面后转90度弯，再从基底材料13表面水平流向末端出气口，该装置在出气口通过计算机控制的出气流控制器、真空阀和真空抽气机来控制球形炉体中部排气，引导基底材料表面的气流，与进气口共同控制球形炉体内的气流12，消除基底材料上不均衡的边界层，在基底材料表面建立了均衡的气相动力学关系气场，使碳源气体混合物在有气相动力学控制条件下，均衡地与基底材料反应生长石墨烯，实现化学气相法制备石墨烯过程石墨烯生长的气相动力学控制，从而能够高质量地制备石墨烯。
Claims (4)
1.一种具有气相动力学控制的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，其特征在于主要由三通出气管、出气流控制器、真空阀、排气管和真空抽气管组成；所述三通出气管一端为连接端，另外两端为出气端，一个出气端依次连接出气流控制器和排气管，另一个出气端依次连接真空阀和真空抽气管；所述石墨烯化学气相法制备炉主要由炉体及其进气口和出气口组成，所述炉体为球形炉体，球形炉体采用圆球形状，炉体中的炉膛采用弧形结构；所述进气口和出气口轴向呈90度角，进气口垂直设置在球形炉体顶端；所述进气口采用大口径多路进气导管设计，进气口直径为球形炉体直径的1/2；所述出气口水平设置在球形炉体中部，出气口为多个且对称分布，所述出气口截面积之和等于进气口截面积。
2.根据权利要求1所述的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，其特征在于：所述真空抽气管与真空抽气机连接，所述出气流控制器、真空阀和真空抽气机由计算机控制。
3.根据权利要求2所述的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，其特征在于：所述出气口为2-8个，且出气口截面积之和等于进气口截面积。
4.根据权利要求3所述的石墨烯化学气相法制备炉的末端多口出气装置，其特征在于：该末端多口出气装置的三通出气管的连接端与出气口连接。
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