CN113321209A - 一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置。包括一个用于石墨烯CVD生长的8英寸石英管、一个控制石墨烯CVD生长温度的真空管式电炉、一个升降架、一个金属底板、两个平行导轨和其他支撑结构。石英管通过支撑结构固定于真空管式炉中心位置。运用导轨、电动升降架控制真空管式电炉的水平和垂直位移，从而实现自动控制真空管式电炉闭合、开启。该设计可以减小石墨烯CVD装置占地面积，缩短CVD过程中的降温时间。
Description
技术领域
本发明涉及化工生产技术领域，具体是一种CVD制备大尺寸石墨烯的设备。
背景技术
石墨烯是一种由碳六元环构成的单层二维材料，其厚度只有一个原子大小，是世界上最薄的材料。同时石墨烯也是世界上最早发现的二维材料，具有许多传统材料不具有的优越特性。石墨烯在电子、光电、光子器件中具有非常广阔的应用前景。
近年来，石墨烯因为优越的物理特性在材料领域备受关注，使得石墨烯的各种制备方法都获得了发展，包括机械剥离、氧化还原石墨烯、CVD、外延生长、有机物高温催化石墨化等。在各种的制备方法中，CVD方法制备出来的石墨烯质量相对较高、面积较大而且容易大量制备，所以CVD方法是应用比较广泛的一种制备方法。
现有的CVD制备石墨烯的设备一般使用2英寸或者4英寸的石英管。在现有的8英寸石英管的石墨烯CVD装置中，因为石英管太大会出现气流不均匀，温度不均匀等问题。因此需要一种新型的CVD装置来克服大石英管带来的问题。
利用新型的结构和参数，设计出一种克服8英寸石英管带来的气流不均匀，温度不均匀的稳定、安全和方便可控的石墨烯CVD反应装置是本发明的工作。
发明内容
本发明提供了一种质量高、大面积、稳定、安全和方便可控的石墨烯CVD反应装置。
为了达到以上效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置，其特征在于，包括一个用于石墨烯CVD生长的(2)8英寸石英管、一个控制石墨烯CVD生长温度的(7)真空管式电炉，(1)垂直导轨，(3)两端支架，(4)水平台，(6)垂直支架，(8)水平导轨以及其它支撑结构。所述导轨用来支持升降架前后移动，所述升降架用来控制电炉的开合和高自由度的移动，所述真空管式电炉用来控制反应温度，所述8英寸石英管用来保持反应环境，所述的其他支撑结构用来保持石英管的高度和位置不变。
上述方案中，导轨提供反应炉前后方向的自由度，升降架提供反应炉垂直方向的自由度。
上述方案中，通过升降架和导轨提供的自由度可以使真空反应炉在反应过后移动到石英管的上方进行冷却，大大加快了石英管和反应炉的冷却速度。
上述方案中，通过升降架升高反应炉来冷却，缩短了石英管的长度和容积，更容易保持反应的气体环境、压力环境。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
在一般的方法里，反应结束后反应炉移动至石英管的另一端，方便反应端的自然冷却。本方法反应结束后可以将反应炉移动至石英管上方，从而缩短了反应石英管的管长，使得气流更均匀，温度更稳定。
在一般的方法里，反应炉在石英管的一端加热，石英管受热不均，容易破裂。本方法因为缩短了管长，石英管受热更加均匀，降低了石英管破裂的可能性，提高了设备的安全性。
在一般的方法里，反应结束后反应炉移动至石英管的另一端，方便反应端的自然冷却。本方法反应结束后可以将反应炉移动至石英管上方，从而缩短了反应石英管的管长，减小了设备的占地面积。
附图说明
图1、图2、图3是本新型大尺寸石墨烯CVD装置的真空管式电炉开合和移动的过程。
图中：
1、垂直导轨；2、8英寸石英管；3、两端支架；4、水平台；5、垂直拉伸钢索；6、垂直支架；7、真空管式炉；8、水平导轨。
具体实施方式
图1是本发明一种新型大尺寸石墨烯CVD装置示意图。
参阅图1，一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置，其特征在于，包括一个用于石墨烯CVD生长的(2)8英寸石英管、一个控制石墨烯CVD生长温度的(7)真空管式电炉，(1)垂直导轨，(3)两端支架，(4)水平台，(6)垂直升降支架，(8)水平导轨以及其它支撑结构。可以通过加装智能控制端控制电炉的加温温度和位置，方便使用者进行使用。
本发明中，垂直升降架安装在导轨上，以使真空管式电炉能够同时进行垂直和水平位移，移动更灵活。
本发明中，反应结束后可以将反应炉移动至石英管上方，因此可以缩短石英管的管长，解决因受热不均引起的石英管破裂问题。
本发明中，通过安装导轨和升降架的方式使得反应后的电炉放置在上部，对比其他的方式，使得电炉和管内样品都可以快速冷却。同时使得所需石英管的长度大大减小，减小了设备的占地面积。
本发明中，石英管的长度与其他一般设备相比长度大大减小，管内体积也相对更小，更有利于保持管内气流的稳定和温度的稳定。
本发明中，对管式电炉的具体温度范围没有限制，只要不超过石英管的熔点即可。
Claims (4)
1.一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置，其特征在于，包括一个用于石墨烯CVD生长的(2)8英寸石英管、一个控制石墨烯CVD生长温度的(7)真空管式电炉，(1)垂直导轨，(3)两端支架，(4)水平台，(6)垂直支架，(8)水平导轨以及其它支撑结构。
2.如权利要求1所述的一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置，其特征在于所述升降架搭载了真空管式电炉，不限制构成形式，提供了真空管式电炉前后移动的自由度，可用于控制真空管式炉的开合和高自由度的移动，方便反应完成后进行冷却。
3.如权利要求1所述的一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置，其特征在于搭载在升降架的真空管式电炉为分裂式，通过安装导轨和升降架的方式使得反应后可将电炉放置在上部，方便反应完成后进行冷却。
4.如权利要求1所述的一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置，其特征在于用于石墨烯CVD生长的8英寸石英管长度略大于真空管式电炉的长度，相比水平移动式的CVD装置所需长度大大缩短，减小了设备的占地面积，更有利于保持管内气流的稳定和温度的稳定。
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