CN111394713B - 一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法 - Google Patents

一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，包括以下步骤，S1，加热喷头；S2，惰性气体和还原气体分别通过喷头喷射催化剂衬底；S3，驱动装置驱动喷头相对催化剂衬底进行三维移动，惰性气体、还原气体和反应气体分别通过喷头喷射催化剂衬底。通过加热喷头成为高温的喷头，还原气体和反应气体通过高温的喷头后会成为高温还原气体和高温反应气体，无需为催化剂衬底加热即可提供良好的反应条件。高温反应气体在还原气体作用下裂解，生成单个纳米材料“像素点”。随着驱动装置分别驱动喷头和催化剂衬底，便可在催化剂衬底上快速打印出所需图案的纳米材料产品，提升了纳米材料的均匀性和可操作性，可以实现定制化生产。

Description

一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法
技术领域
本发明涉及纳米增材制造技术领域，特别是涉及一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法。
背景技术
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。纳米材料按照尺度分为：二维纳米材料、一维纳米材料和零维纳米材料。常见的二维纳米材料有石墨烯等，常见的一维纳米材料有碳纳米管等，常见的零维纳米材料有碳微球等。由于晶体结构特异，纳米材料在众多领域具有独特优势。以石墨烯为例，其因力学、电学和光学特性优异而受到广泛关注。
化学气相沉积法是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质，在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法，可用于制备多种纳米材料，如石墨烯、碳纳米管等。该方法制备工艺简单、成本较低，且能生产出高透光率、高质量、高纯度的纳米材料，所需设备一般为管式炉。该方法通过管式炉提供高温，使反应气体(如CH4)在还原气体(如H2)作用下裂解，在惰性气体保护和催化剂衬底作用下生成纳米材料。但传统化学气相沉积法制备纳米材料存在反应缓慢、耗时长、能耗高、生成产物不均匀、无法定制化生产等缺点。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其能够快速打印成所需图案的纳米材料产品，保留了纳米材料高质量和高纯度的优异特性，提升了纳米材料的均匀性和可操作性，可以实现定制化生产。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，包括以下步骤，
S1，加热喷头；
S2，惰性气体和还原气体分别通过喷头喷射催化剂衬底；
S3，驱动装置驱动喷头相对催化剂衬底进行三维移动，惰性气体、还原气体和反应气体分别通过喷头喷射催化剂衬底。
进一步，S1之前还包括步骤S1a，将喷头和催化剂衬底置于密封箱体内，为密封箱体抽真空，使密封箱体内产生负压。
进一步，S1前还包括步骤S1b，喷头的喷口与催化剂衬底之间距离设置为0.01～2mm。
进一步，S1前还包括步骤S1c，将喷头的陶瓷气体喷管和套接于陶瓷气体喷管外的石墨加热件之间设置为间隙配合。
进一步，S1前还包括步骤S1d，在喷头的石墨加热件与套接于石墨加热件外的隔热层之间填充惰性气体。
进一步，S1包括以下步骤，以20～100℃/min的升温速度将喷头快速加热至设定温度值的60～85％，然后以2～10℃/min的升温速度继续将喷头加热至设定温度值。
进一步，S2包括以下步骤，纯度为99.5～99.99％的惰性气体通过喷头以100～10000sccm的流速喷射于催化剂衬底，喷射持续时间为0.05～0.5h。
进一步，S2包括以下步骤，纯度为99～99.99％的还原气体通过喷头以5～500sccm的流速喷射于催化剂衬底，喷射持续时间为0.01～0.3h。
进一步，S3包括以下步骤，利用气体流量控制器控制惰性气体、还原气体和反应气体通过喷头的流量比例，其中，反应气体与还原气体流量之比为0.02～2000，反应气体与惰性气体流量之比为0.001～1000。
进一步，S3包括以下步骤，驱动装置驱动喷头沿X轴方向和或Z轴方向移动，驱动装置驱动催化剂衬底沿Y轴方向移动。
总的说来，本发明具有如下优点：
S1中，通过加热喷头，使喷头温度升高成为高温的喷头。S2中，还原气体通过高温的喷头后形成高温还原气体，高温还原气体喷射催化剂衬底，能够更有效地与催化剂衬底上的氧化物发生还原反应，去除催化剂衬底表面上的氧化物，在后续的纳米材料打印中能够有效减少杂质，得到更高品质的纳米产品。惰性气体通过喷头喷射催化剂衬底，在催化剂衬底周围创造防氧化空间，防止催化剂衬底发生氧化作用。S3中，惰性气体通过喷头喷射催化剂衬底，在催化剂衬底周围持续提供防氧化空间。还原气体通过高温的喷头喷射催化剂衬底，持续去除催化剂衬底表面上的氧化物，为纳米材料打印提供更洁净的催化剂衬底。反应气体通过高温的喷头后形成高温反应气体，高温反应气体喷射催化剂衬底，高温反应气体在还原气体作用下裂解，在惰性气体保护和催化剂衬底作用下生成纳米材料。随着驱动装置驱动喷头相对催化剂衬底进行三维移动，便可在催化剂衬底上快速打印出所需图案的纳米材料产品。由于打印过程中持续喷射惰性气体和高温还原气体在催化剂衬底上，因此打印出来的纳米产品保留了纳米材料高质量和高纯度的优异特性。由于驱动装置驱动喷头相对催化剂衬底进行三维移动，因此提升了纳米材料的均匀性和可操作性，可以实现定制化生产。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图。
图2为喷头的剖视图。
附图标记说明：
1-底座，2-Y轴移动模块，3-Z轴移动模块，4-X轴移动模块，5-喷头，6-基板，7-移动模块控制器，8-温度控制器，9-总控制器，10-加热电源，11-密封箱体，12-气体流量控制器，13-陶瓷气体喷管，14-石墨加热件，15-热电偶，16-隔热层，17-壳体，18-催化剂衬底。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
如图1、图2所示，一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，包括以下步骤，
S1，加热喷头5；
S2，惰性气体和还原气体分别通过喷头5喷射催化剂衬底18；
S3，驱动装置驱动喷头5相对催化剂衬底18进行三维移动，惰性气体、还原气体和反应气体分别通过喷头5喷射催化剂衬底18。
具体地，纳米材料打印机设有喷头5、加热装置、驱动装置、催化剂衬底18、惰性气体气源、还原气体气源和反应气体气源。加热装置用于加热喷头5，喷头5一端通入反应气体、还原气体和惰性气体，喷头5另一端与催化剂衬底18对应设置。
S1中，通过加热喷头5，使喷头5温度升高成为高温的喷头5，还原气体和反应气体通过高温的喷头5后会成为高温还原气体和高温反应气体，无需为催化剂衬底18加热即可提供良好的反应条件。S2中，还原气体通过高温的喷头5后成为高温还原气体，高温还原气体喷射催化剂衬底18，能够更有效地与催化剂衬底18上的氧化物发生还原反应，去除催化剂衬底18表面上的氧化物，在后续的纳米材料打印中能够有效减少杂质，得到更高品质的纳米产品。惰性气体通过喷头5喷射催化剂衬底18，在催化剂衬底18周围创造防氧化空间，防止催化剂衬底18发生氧化作用。S3中，惰性气体通过喷头5喷射催化剂衬底18，在催化剂衬底18周围持续提供防氧化空间。还原气体通过高温的喷头5喷射催化剂衬底18，持续去除催化剂衬底18表面上的氧化物，为纳米材料打印提供更洁净的催化剂衬底18。反应气体通过高温的喷头5后成为高温反应气体，高温反应气体喷射催化剂衬底18，高温反应气体在还原气体作用下裂解，在惰性气体防氧化保护和催化剂衬底18作用下生成单个纳米材料“像素点”。随着驱动装置分别驱动喷头5和催化剂衬底18，使喷头5相对催化剂衬底18进行三维移动，便可在催化剂衬底18上快速打印出所需图案的纳米材料产品。由于打印过程中持续喷射惰性气体和高温还原气体在催化剂衬底18上，因此打印出来的纳米产品保留了纳米材料高质量和高纯度的优异特性。由于驱动装置分别驱动喷头5和催化剂衬底18，使喷头5相对催化剂衬底18进行三维移动，因此提升了纳米材料的均匀性和可操作性，可以实现定制化生产。
本实施例中，喷头5由内至外依次包括：陶瓷气体喷管13、石墨加热件14、热电偶15、隔热层16和壳体17，热电偶15与石墨加热件14紧密贴合，热电偶15连接于温度控制器8，温度控制器8与加热电源10连接。惰性气体、还原气体和反应气体分别通过陶瓷气体喷管13喷射在催化剂衬底18上；石墨加热件14加热方式为电加热，由加热电源10进行供电。喷头5的加热温度和升温速度由温度控制器8控制。
S1之前还包括步骤S1a，将喷头5和催化剂衬底18置于密封箱体11内，为密封箱体11抽真空，使密封箱体11内产生负压。
具体地，密封箱体11设有抽真空设备。使用抽真空设备使密封箱体11内产生负压，创造有利于还原反应的条件，能够更好地去除催化剂衬底18表面的氧化物。本实施例中，通过抽真空设备使密封箱体11内气体压强降至0.1～100Torr。
S1前还包括步骤S1b，喷头5的喷口与催化剂衬底18之间距离设置为0.01～2mm。
在0.01～2mm距离内，高温气体在喷射到催化剂衬底18之前不会损失太多热量，在高温的还原气体清洗催化剂衬底18表面时能够得到更好的清洗效果，惰性气体能够在催化剂衬底18周围形成更有效的防氧化环境，在打印纳米材料时高温反应气体更容易裂解，能够得到更高质量和高纯度的纳米材料。
S1前还包括步骤S1c，将喷头5的陶瓷气体喷管13和套接于陶瓷气体喷管13外的石墨加热件14之间设置为间隙配合。
由于陶瓷气体喷管13和石墨加热件14均存在一定的膨胀系数，石墨加热件14套接于陶瓷气体喷管13外，如果两者紧密连接，当两者温度升高时容易出现膨胀变形甚至爆裂。因此将陶瓷气体喷管13和石墨加热件14之间设置为间隙配合，为陶瓷气体喷管13和石墨加热件14在升温后的膨胀提供了一定的变形空间，陶瓷气体喷管13和石墨加热件14均不容易发生破裂现象，使用寿命更长。本实施例中，陶瓷气体喷管13材质为氧化锆或氧化铝。石墨加热件14工作温度为800～1400℃。
S1前还包括步骤S1d，在喷头5的石墨加热件14与套接于石墨加热件14外的隔热层16之间填充惰性气体。能够防止石墨加热件14在升温过程中被氧化破坏，同时，相较于在有氧环境中，石墨加热件14能够更快速升温至设定高温。
S1包括以下步骤，以20～100℃/min的升温速度将喷头5快速加热至设定温度值的60～85％，然后以2～10℃/min的升温速度继续将喷头5加热至设定温度值。
按照所打印纳米材料种类和打印尺寸，设定升温速度和升温梯度。通过分梯度升温，首先快速升温以缩短升温时间，然后小幅度升温，能够更好地控制喷头5最终温度值，不会与喷头5设定温度值相差太多，有利于控制纳米材料打印质量。本实施例中，设定喷头5设定温度值为600～1400℃，升温过程中喷头5最高温度值与喷头5设定温度值之差不超过3～5℃，喷头5最终温度值与喷头5设定温度值之差为-2～2℃，由此能够得到质量稳定的纳米材料。
S2包括以下步骤，纯度为99.5～99.99％的惰性气体通过喷头5以100～10000sccm的流速喷射于催化剂衬底18。
高纯度的惰性气体以100～10000sccm的流速喷射于催化剂衬底18，能够有效地在催化剂衬底18周围建立起防氧化空间，为催化剂衬底18表面去除氧化物提供良好的反应环境。
喷射持续时间为0.05～0.5h。经过0.05～0.5h的持续喷射，使惰性气体充满在密封箱体11内，从而在整个密封箱体11内营造一个防氧化空间。
S2包括以下步骤，纯度为99～99.99％的还原气体通过喷头5以5～500sccm的流速喷射于催化剂衬底18。
高纯度的还原气体以5～500sccm的流速喷射于催化剂衬底18，能够有效地去除催化剂衬底18表面的氧化物，为进一步反应气体的裂解和生成纳米材料提供一个更洁净的衬底，能够得到更纯净的纳米材料。
喷射持续时间为0.01～0.3h。经过0.01～0.3h的持续喷射，高纯度的还原气体能够基本上去除催化剂衬底18表面的氧化物，有利于得到更纯净的纳米材料。
S3包括以下步骤，利用气体流量控制器12控制惰性气体、还原气体和反应气体通过喷头5的流量比例，其中，反应气体与还原气体流量之比为0.02～2000，反应气体与惰性气体流量之比为0.001～1000。
通过气体流量控制器12控制惰性气体、还原气体和反应气体通过喷头5的流量比例，能够打印得到不同的纳米材料，提高了打印纳米产品的多样性和可操作性。
S3包括以下步骤，驱动装置驱动喷头5沿X轴方向和或Z轴方向移动，驱动装置驱动催化剂衬底18沿Y轴方向移动。
具体地，密封箱体11内设有底座1，驱动装置设于底座1上。驱动装置包括X轴移动模块4、Y轴移动模块2和Z轴移动模块3。密封箱体11内设有第一电机、第二电机和第三电机。第一电机能够驱动Z轴移动模块3在X轴移动模块4上沿Z轴方向滑动。第二电机能够驱动喷头5在Z轴移动模块3上沿X轴方向滑动。第三电机能够驱动催化剂衬底18在Y轴移动模块2上沿Y轴方向滑动。从而喷头5能够相对催化剂衬底18三维移动，能够在催化剂衬底18上快速打印出所需图案的纳米材料。
现有技术的化学气相沉积法需要对催化剂衬底18进行高温加热，而且加热过程在管式炉中进行，催化剂衬底18无法移动，从而增加了装置设计和制造的困难。本实施例中，由于催化剂衬底18无需专门加热，而是通过加热喷头5，使反应气体经过高温的喷头5后成为高温反应气体喷射在催化剂衬底18上，更容易发生裂解反应，从而催化剂衬底18可以根据需要配合驱动装置移动，大大提高了设计制造的灵活性。
本发明的工作过程如下(以打印石墨烯产品为例)：
催化剂衬底18可以选用铜片或镍片，本实施例以铜片为例。
首先切割纯度为99.99％，厚度为0.05～0.2mm的20×20～50mm2的铜片，利用0.5～2mol/L的稀盐酸50～100ml超声处理铜片15～30min，以去除铜片表面氧化物等杂质。反应方程式为：CuO+2HCl＝＝CuCl2+H2O。
启动纳米材料打印机，打开移动模块控制器7、温度控制器8、总控制器9、加热电源10。在总控制器9设置加热温度和升温速度，在基板6上水平放置处理好的铜片，作为反应所需催化剂衬底18，设置喷头5末端至铜片的垂直距离。
抽真空使密封箱体11内气体压强降至0.5～0.6Torr，以1000～2000sccm的流速在密封箱体11中通过喷头5持续通入纯度99.99％的惰性气体Ar，营造惰性气体反应环境；
设定加热温度为1250～1300℃，分两步进行梯度升温。前一步中：以60℃/min的升温速度快速升温至设定温度的75％，后一步中：以5℃/min的升温速度升温至设定温度；
喷头5垂直于铜片设置，控制喷头5在垂直方向上移动，使喷头5末端至铜片距离为0.01～2mm，喷头5出气口直径为0.1mm；
在继续通过喷头5通入Ar的条件下，持续通过喷头5通入纯度为99.99％的还原气体H2以清洗铜片表面的氧化物，气体流量为100～150sccm，清洗时间0.1-0.15h；反应方程式为：H2+CuO＝Cu+H2O(催化剂，加热)。
反应气体可以是CH4、C2H2等，本实施例以CH4为例。在继续通过喷头5通入Ar和H2的条件下，持续通过喷头5通入反应气体CH4，纯度为99.99％，气体流量为1000～3000sccm。铜片衬底无需加热。反应气体CH4在喷头5内部被加热至设定温度，于喷头5末端喷出后，在高温状态下在衬底上生成纳米材料，获得单个纳米材料“像素点”；反应方程式为：CH4＝C+2H2(高温)。
设置X轴移动模块4、Y轴移动模块2、Z轴移动模块3的运动参数，根据需要，可保持喷头5末端至铜片的垂直距离固定不变，即打印固定形貌的石墨烯产品；或将喷头5末端至铜片的垂直距离与各移动模块进行联动，即打印复合形貌的石墨烯产品。在气体流量控制器12设置CH4、H2和Ar混合气体的比例和各自流量。在密封箱体11中注满惰性气体，按照设定参数使喷头5升温，待喷头5达到预期温度后，持续通入混合气体。各移动模块在设定运动参数下，带动喷头5和基板6运动，直至打印结束。最终实现所需文字、图案的纳米材料打印。
本发明实施例的打印方法与喷头5设定温度值、喷头5末端至铜片距离、各气体流量等关键参数息息相关，在一定范围内配合调整关键参数，可实现不同形貌石墨烯的制备。
本发明实施例可按照设计打印所需要的石墨烯产品，还可以用于制备碳纳米管等纳米材料，耗时短、功耗低、可操作性强，进一步的，可直接打印拥有复合形貌的纳米材料和柔性电路板电子线路，在纳米材料、智能传感器、柔性电路板领域具有广泛的应用前景。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，加热喷头；
S2，惰性气体和还原气体分别通过喷头喷射催化剂衬底；
S3，驱动装置驱动喷头相对催化剂衬底进行三维移动，惰性气体、还原气体和反应气体分别通过喷头喷射催化剂衬底；
其中，喷头由内至外依次包括陶瓷气体喷管、石墨加热件、热电偶、隔热层和壳体，热电偶与石墨加热件紧密贴合，热电偶连接于温度控制器，温度控制器与加热电源连接，惰性气体、还原气体和反应气体分别通过陶瓷气体喷管喷射在催化剂衬底上；
S1包括以下步骤，以20～100℃/min的升温速度将喷头快速加热至设定温度值的60～85％，然后以2～10℃/min的升温速度继续将喷头加热至设定温度值；
S1前还包括步骤S1c，将喷头的陶瓷气体喷管和套接于陶瓷气体喷管外的石墨加热件之间设置为间隙配合；
S1前还包括步骤S1d，在喷头的石墨加热件与套接于石墨加热件外的隔热层之间填充惰性气体。
2.按照权利要求1所述的一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其特征在于：S1之前还包括步骤S1a，将喷头和催化剂衬底置于密封箱体内，为密封箱体抽真空，使密封箱体内产生负压。
3.按照权利要求2所述的一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其特征在于：S1前还包括步骤S1b，将喷头的喷口与催化剂衬底之间距离设置为0.01～2mm。
4.按照权利要求1所述的一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其特征在于：S2包括以下步骤，纯度为99.5～99.99％的惰性气体通过喷头以100～10000sccm的流速喷射于催化剂衬底，喷射持续时间为0.05～0.5h。
5.按照权利要求1所述的一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其特征在于：S2包括以下步骤，纯度为99～99.99％的还原气体通过喷头以5～500sccm的流速喷射于催化剂衬底，喷射持续时间为0.01～0.3h。
6.按照权利要求1所述的一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其特征在于：S3包括以下步骤，利用气体流量控制器控制惰性气体、还原气体和反应气体通过喷头的流量比例，其中，反应气体与还原气体流量之比为0.02～2000，反应气体与惰性气体流量之比为0.001～1000。
7.按照权利要求1所述的一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其特征在于：S3包括以下步骤，驱动装置驱动喷头沿X轴方向和或Z轴方向移动，驱动装置驱动催化剂衬底沿Y轴方向移动。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104030277A (zh) * 2014-06-11 2014-09-10 苏州斯迪克新材料科技股份有限公司 化学气相沉积法制备石墨烯
CN106191803A (zh) * 2016-09-07 2016-12-07 吉林大学 过渡金属化学气相沉积微纳增材制造装置与方法
CN110512193A (zh) * 2019-09-11 2019-11-29 张家港博发纳米材料科技有限公司 基于激光化学气相沉积的微纳三维打印方法及装置
CN110814351A (zh) * 2019-12-20 2020-02-21 河北工程大学 一种基于指向型cvd技术的3d打印装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10131113B2 (en) * 2015-05-13 2018-11-20 Honeywell International Inc. Multilayered carbon-carbon composite
CN105018900A (zh) * 2015-06-05 2015-11-04 刘南林 气相打印技术与设备
KR101980341B1 (ko) * 2017-07-28 2019-05-20 한국생산기술연구원 3차원 진공 증착 프린터 시스템 및 상기 시스템에서 제조된 2d-3d복합소재

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104030277A (zh) * 2014-06-11 2014-09-10 苏州斯迪克新材料科技股份有限公司 化学气相沉积法制备石墨烯
CN106191803A (zh) * 2016-09-07 2016-12-07 吉林大学 过渡金属化学气相沉积微纳增材制造装置与方法
CN110512193A (zh) * 2019-09-11 2019-11-29 张家港博发纳米材料科技有限公司 基于激光化学气相沉积的微纳三维打印方法及装置
CN110814351A (zh) * 2019-12-20 2020-02-21 河北工程大学 一种基于指向型cvd技术的3d打印装置

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