CN207760424U - 一种用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，包括炉体和炉盖，炉盖的下方设有内热机构，炉体内设有沉积机构，沉积机构包括紧固组件和若干沉积组件，沉积组件包括竖杆、套环和两个基片，紧固组件包括第二电机、驱动轮和若干紧固单元，内热机构包括升降组件、升降块和若干第二红外灯管，该用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备通过内热机构对基片的内表面进行加热，加速了基片升温，加快碳原子的分解沉积速度，从而提高了生产效率，不仅如此，通过沉积机构中的紧固组件对各个基片进行紧固，防止基片受气流和转盘旋转的影响而发生转动，影响基片的受热，从而保证了石墨烯的生产效率，提高了设备的实用性。

Description

一种用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备

技术领域

本实用新型涉及新材料生产设备领域，特别涉及一种用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以特定方式形成的蜂窝平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。目前石墨烯常见的粉体生产方法为机械玻璃法、氧化还原法、碳化硅外延生长法等，薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)，其中CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯，满足规模化制备高质量石墨烯的要求。

CVD法在制备石墨烯时，通常以镍为基片，在沉积炉中通入含碳气体，如：碳氢化合物，碳在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面，形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。由石墨烯的制备方法可得，石墨烯主要沉积在基片的表面，气相反应的程度取决于基片表面的沉积温度，但是现有的气相沉积炉中，大都仅对基片的单面进行加热，而在另一面，通过热传递实现基片表面的温度上升，这样导致了基片的表面温度上升速度慢，进而影响了沉积速率，导致石墨烯的生产效率低下。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，包括炉体、进气管、出气管、炉盖和至少两个支脚，所述进气管设置在炉体的一侧，所述出气管设置在炉体的另一侧，所述进气管和出气管均与炉体连通，所述支脚周向均匀分布在炉体的下方，所述炉盖设置在炉体的上方，所述炉体内设有若干第一红外灯管，所述第一红外灯管周向均匀分布在炉体的内壁上，所述炉盖的竖向截面的形状为U形，所述U形截面的开口的下方设有内热机构，所述炉体内设有沉积机构；

所述沉积机构包括第一电机、转盘、紧固组件和若干沉积组件，所述第一电机固定在炉体内的底部，所述第一电机与转盘传动连接，所述紧固组件设置在转盘的上方，所述沉积组件周向均匀分布在紧固组件的外周；

所述沉积组件包括竖杆、套环和两个基片，所述竖杆的底端固定在转盘上，所述套环套设在竖杆上，两个基片分别设置在竖杆的两侧；

所述紧固组件包括第二电机、驱动轮和若干紧固单元，所述第二电机固定在转盘的上方，所述第二电机与驱动轮传动连接，所述紧固单元周向均匀分布在驱动轮的外周，所述紧固单元与沉积组件一一对应；

所述内热机构包括升降组件、升降块和若干第二红外灯管，所述升降组件与升降块传动连接，所述第二红外灯管周向均匀分布在升降块的外周，所述升降组件包括驱动单元、移动块、固定块、伸缩架、铰接块和两个支杆，所述驱动单元与移动块传动连接，所述固定块固定在炉盖的下方，所述伸缩架的顶端的两侧分别与移动块和固定块铰接，所述伸缩架的底端的两侧分别通过两个支杆与铰接块铰接，所述铰接块固定在升降块的上方。

作为优选，为了对基片进行紧固，所述紧固单元包括第一连杆、第二连杆、移动杆和两个紧固杆，所述第一连杆的一端与驱动轮铰接，所述第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与移动杆的中心处固定连接，所述紧固杆与基片一一对应，两个紧固杆分别设置在移动杆的靠近基片的一侧。

作为优选，为了固定第二连杆的移动方向，所述紧固单元还包括固定环，所述固定环固定在转盘的上方，所述固定环套设在第二连杆上。

作为优选，为了驱动移动块移动，所述驱动单元包括第三电机和第三驱动轴，所述第三电机位于移动块的远离固定块的一侧，所述第三电机固定在炉体的下方，所述第三驱动轴设置在第三电机和固定块之间，所述第三电机与第三驱动轴传动连接，所述移动块套设在第三驱动轴上，所述第三驱动轴的外周设有外螺纹，所述移动块内设有内螺纹，所述移动块内的内螺纹与第三驱动轴上的外螺纹相匹配。

作为优选，为了便于检测第二红外灯管与转盘的高度距离，所述升降块的底端设有距离传感器。

作为优选，为了使基片的底部与转盘间存在空隙，便于反应气体通过基片的内侧，所述竖杆上设有凸块，所述凸块位于固定环的下方。

作为优选，为了便于带动两个基片同时移动，所述沉积组件还包括连接架，所述连接架的竖向截面的形状为U形，所述U形截面的开口向下，所述连接架的两端分别固定在两个基片的上方。

作为优选，为了辅助转盘转动，所述转盘的下方至少设有两个支柱，所述支柱周向均匀分布在第一电机的外周，所述支柱的底端固定在炉体内的底部，所述支柱的顶端抵靠在转盘的下方。

作为优选，为了减小转盘转动所受的摩擦力，所述支柱的顶端设有凹口，所述凹口内设有钢珠，所述钢珠与凹口相匹配，所述钢珠的球心位于凹口内，所述钢珠抵靠在转盘的下方。

作为优选，为了保证第二电机的驱动力，所述第二电机为直流伺服电机。

本实用新型的有益效果是，该用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备通过内热机构使第二红外灯管伸入各沉积组件之间对基片的内表面进行加热，加速了基片升温，加快碳原子的分解沉积速度，从而提高了生产效率，与现有的内热机构相比，该内热机构通过伸缩架控制升降块和第二红外灯管的升降，减小了占用的空间，使设备的结构更为紧凑，不仅如此，通过沉积机构中的紧固组件对各个基片进行紧固，防止基片受气流和转盘旋转的影响而发生转动，影响基片的受热，从而保证了石墨烯的生产效率，与现有的紧固组件相比，该紧固组件通过一个第二电机即可实现对多个基片的紧固，从而通过减少第二电机的数量降低了设备的成本，提高了设备的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备的结构示意图；

图2是本实用新型的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备的沉积机构的结构示意图；

图3是本实用新型的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备的沉积组件的俯视图；

图4是本实用新型的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备的内热机构的结构示意图；

图中：1.炉体，2.进气管，3.出气管，4.炉盖，5.支脚，6.第一电机，7.转盘，8.竖杆，9.套环，10.基片，11.第二电机，12.驱动轮，13.升降块，14.第二红外灯管，15.移动块，16.固定块，17.伸缩架，18.铰接块，19.支杆，20.第一连杆，21.第二连杆，22.移动杆，23.紧固杆，24.固定环，25.第三电机，26.第三驱动轴，27.距离传感器，28.凸块，29.连接架，30.支柱，31.钢珠，32.第一红外灯管。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，一种用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，包括炉体1、进气管2、出气管3、炉盖4和至少两个支脚5，所述进气管2设置在炉体1的一侧，所述出气管3设置在炉体1的另一侧，所述进气管2和出气管3均与炉体1连通，所述支脚5周向均匀分布在炉体1的下方，所述炉盖4设置在炉体1的上方，所述炉体1内设有若干第一红外灯管32，所述第一红外灯管32周向均匀分布在炉体1的内壁上，所述炉盖4的竖向截面的形状为U形，所述U形截面的开口的下方设有内热机构，所述炉体1内设有沉积机构；

该气相反应装置在制备石墨烯时，将反应用的碳氢化合物气体通过进气管2通入炉体1内，炉体1内部，各第一红外灯管32发射红外线，沉积机构的外表面吸收红外线发热，使温度升高，从而使碳氢化合物中的碳在高温下分解，形成石墨烯，沉积在沉积机构上，反应过后的气体从出气管3排出，为了加快反应速度，提高生产效率，由炉盖4下方的内热机构从沉积机构的内部进行加热，加快温度上升速率，使石墨烯沉积在沉积机构的内侧，同时提高了石墨烯的产量。

如图2-3所示，所述沉积机构包括第一电机6、转盘7、紧固组件和若干沉积组件，所述第一电机6固定在炉体1内的底部，所述第一电机6与转盘7传动连接，所述紧固组件设置在转盘7的上方，所述沉积组件周向均匀分布在紧固组件的外周；

所述沉积组件包括竖杆8、套环9和两个基片10，所述竖杆8的底端固定在转盘7上，所述套环9套设在竖杆8上，两个基片10分别设置在竖杆8的两侧；

所述紧固组件包括第二电机11、驱动轮12和若干紧固单元，所述第二电机11固定在转盘7的上方，所述第二电机11与驱动轮12传动连接，所述紧固单元周向均匀分布在驱动轮12的外周，所述紧固单元与沉积组件一一对应；

沉积机构中，第一电机6带动转盘7做圆周运动，圆盘的上方，各个沉积组件随着转盘7的转动，沉积组件内，将套环9插入位置固定的竖杆8内，第一红外灯管32对套环9两侧的基片10的外表面进行加热，使反应气体的碳原子分解沉积在基片10表面，形成石墨烯。为了固定基片10的位置，防止转盘7的旋转和气流的影响带动基片10旋转，影响基片10的受热效果，利用转盘7上方中心处的紧固组件对各个沉积组件中的基片10进行紧固，紧固组件内，由第二电机11带动驱动轮12转动，使驱动轮12带动外周的各个紧固单元对基片10进行紧固。

如图4所示，所述内热机构包括升降组件、升降块13和若干第二红外灯管14，所述升降组件与升降块13传动连接，所述第二红外灯管14周向均匀分布在升降块13的外周，所述升降组件包括驱动单元、移动块15、固定块16、伸缩架17、铰接块18和两个支杆19，所述驱动单元与移动块15传动连接，所述固定块16固定在炉盖4的下方，所述伸缩架17的顶端的两侧分别与移动块15和固定块16铰接，所述伸缩架17的底端的两侧分别通过两个支杆19与铰接块18铰接，所述铰接块18固定在升降块13的上方。

升降组件中，由驱动单元驱动移动块15移动，改变移动块15和固定块16之间的距离，当两者的距离缩小时，伸缩架17延长，使升降块13伸入各个沉积组件之间，升降块13外周的第二红外灯管14发射红外线，使基片10的内侧吸收红外光，进而使基片10的温度升高，通过第二红外灯管14加速了基片10的升温，从而加快了反应速率，同时还能使石墨烯沉积在基片10的内侧，提高石墨烯的产量。

如图3所示，所述紧固单元包括第一连杆20、第二连杆21、移动杆22和两个紧固杆23，所述第一连杆20的一端与驱动轮12铰接，所述第一连杆20的另一端与第二连杆21的一端铰接，所述第二连杆21的另一端与移动杆22的中心处固定连接，所述紧固杆23与基片10一一对应，两个紧固杆23分别设置在移动杆22的靠近基片10的一侧。

随着驱动轮12的转动，带动第一连杆20转动，第一连杆20驱动第二连杆21向沉积组件靠近，使移动块15推动紧固杆23向沉积组件的基片10靠近，使两个紧固杆23抵靠在基片10的表面，从而固定了基片10的位置，防止在制备石墨烯过程中，因气流的影响和转盘7的旋转带动基片10转动，降低了第一红外灯管32和第二红外灯管14的加热效果。

作为优选，为了固定第二连杆21的移动方向，所述紧固单元还包括固定环24，所述固定环24固定在转盘7的上方，所述固定环24套设在第二连杆21上。利用固定环24使第二连杆21沿着固定的方向移动，从而使第二连杆21的移动更为平稳。

作为优选，为了驱动移动块15移动，所述驱动单元包括第三电机25和第三驱动轴26，所述第三电机25位于移动块15的远离固定块16的一侧，所述第三电机25固定在炉体1的下方，所述第三驱动轴26设置在第三电机25和固定块16之间，所述第三电机25与第三驱动轴26传动连接，所述移动块15套设在第三驱动轴26上，所述第三驱动轴26的外周设有外螺纹，所述移动块15内设有内螺纹，所述移动块15内的内螺纹与第三驱动轴26上的外螺纹相匹配。第三电机25运行，带动第三驱动轴26旋转，使第三驱动轴26上的外螺纹作用于移动块15内的内螺纹，从而驱动移动块15沿着第三驱动轴26的轴线方向移动，进而改变了移动块15和固定块16之间的距离。

作为优选，为了便于检测第二红外灯管14与转盘7的高度距离，所述升降块13的底端设有距离传感器27。利用距离传感器27检测升降块13的底部与转盘7的高度距离，从而便于确定第二红外灯管14的高度位置，便于通过升降组件改变第二红外灯管14的高度，使第二红外灯管14照射在基片10的内侧进行加热。

作为优选，为了使基片10的底部与转盘7间存在空隙，便于反应气体通过基片10的内侧，所述竖杆8上设有凸块28，所述凸块28位于固定环24的下方。利用凸块28防止套环9下滑，从而使基片10的底板与转盘7之间存在一定的空隙，方便空气流通进行反应。

作为优选，为了便于带动两个基片10同时移动，所述沉积组件还包括连接架29，所述连接架29的竖向截面的形状为U形，所述U形截面的开口向下，所述连接架29的两端分别固定在两个基片10的上方。通过连接架29便于同时带动两个基片10移动。

作为优选，为了辅助转盘7转动，所述转盘7的下方至少设有两个支柱30，所述支柱30周向均匀分布在第一电机6的外周，所述支柱30的底端固定在炉体1内的底部，所述支柱30的顶端抵靠在转盘7的下方。利用支柱30辅助支撑转盘7的转动，防止转盘7受力变形。

作为优选，为了减小转盘7转动所受的摩擦力，所述支柱30的顶端设有凹口，所述凹口内设有钢珠31，所述钢珠31与凹口相匹配，所述钢珠31的球心位于凹口内，所述钢珠31抵靠在转盘7的下方。利用钢珠31将转盘7转动所受的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而减小了摩擦力，便于转盘7的顺利转动。

作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证第二电机11的驱动力，所述第二电机11为直流伺服电机。

该气相反应沉积装置在制备石墨烯时，除了炉体1内壁上的第一红外灯管32对基片10的外表面进行加热的同时，还通过升降组件带动升降块13下降，使第二红外灯管14对基片10的内表面进行加热，从而加速了基片10升温，加快碳原子的分解沉积速度，从而提高了生产效率，不仅如此，在生产过程中，通过紧固组件带动驱动轮12转动，使紧固单元中的紧固杆23抵靠在基片10上，从而固定了基片10的角度，防止石墨烯制备过程中，基片10受气流和转盘7旋转的影响而发生转动，影响了第一红外灯管32和第二红外灯管14的加热效果，从而保证了生产效率。

与现有技术相比，该用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备通过内热机构使第二红外灯管14伸入各沉积组件之间对基片10的内表面进行加热，加速了基片10升温，加快碳原子的分解沉积速度，从而提高了生产效率，与现有的内热机构相比，该内热机构通过伸缩架17控制升降块13和第二红外灯管14的升降，减小了占用的空间，使设备的结构更为紧凑，不仅如此，通过沉积机构中的紧固组件对各个基片10进行紧固，防止基片10受气流和转盘7旋转的影响而发生转动，影响基片10的受热，从而保证了石墨烯的生产效率，与现有的紧固组件相比，该紧固组件通过一个第二电机11即可实现对多个基片10的紧固，从而通过减少第二电机11的数量降低了设备的成本，提高了设备的实用性。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，包括炉体(1)、进气管(2)、出气管(3)、炉盖(4)和至少两个支脚(5)，所述进气管(2)设置在炉体(1)的一侧，所述出气管(3)设置在炉体(1)的另一侧，所述进气管(2)和出气管(3)均与炉体(1)连通，所述支脚(5)周向均匀分布在炉体(1)的下方，所述炉盖(4)设置在炉体(1)的上方，所述炉体(1)内设有若干第一红外灯管(32)，所述第一红外灯管(32)周向均匀分布在炉体(1)的内壁上，其特征在于，所述炉盖(4)的竖向截面的形状为U形，所述U形截面的开口的下方设有内热机构，所述炉体(1)内设有沉积机构；

所述沉积机构包括第一电机(6)、转盘(7)、紧固组件和若干沉积组件，所述第一电机(6)固定在炉体(1)内的底部，所述第一电机(6)与转盘(7)传动连接，所述紧固组件设置在转盘(7)的上方，所述沉积组件周向均匀分布在紧固组件的外周；

所述沉积组件包括竖杆(8)、套环(9)和两个基片(10)，所述竖杆(8)的底端固定在转盘(7)上，所述套环(9)套设在竖杆(8)上，两个基片(10)分别设置在竖杆(8)的两侧；

所述紧固组件包括第二电机(11)、驱动轮(12)和若干紧固单元，所述第二电机(11)固定在转盘(7)的上方，所述第二电机(11)与驱动轮(12)传动连接，所述紧固单元周向均匀分布在驱动轮(12)的外周，所述紧固单元与沉积组件一一对应；

所述内热机构包括升降组件、升降块(13)和若干第二红外灯管(14)，所述升降组件与升降块(13)传动连接，所述第二红外灯管(14)周向均匀分布在升降块(13)的外周，所述升降组件包括驱动单元、移动块(15)、固定块(16)、伸缩架(17)、铰接块(18)和两个支杆(19)，所述驱动单元与移动块(15)传动连接，所述固定块(16)固定在炉盖(4)的下方，所述伸缩架(17)的顶端的两侧分别与移动块(15)和固定块(16)铰接，所述伸缩架(17)的底端的两侧分别通过两个支杆(19)与铰接块(18)铰接，所述铰接块(18)固定在升降块(13)的上方。

2.如权利要求1所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述紧固单元包括第一连杆(20)、第二连杆(21)、移动杆(22)和两个紧固杆(23)，所述第一连杆(20)的一端与驱动轮(12)铰接，所述第一连杆(20)的另一端与第二连杆(21)的一端铰接，所述第二连杆(21)的另一端与移动杆(22)的中心处固定连接，所述紧固杆(23)与基片(10)一一对应，两个紧固杆(23)分别设置在移动杆(22)的靠近基片(10)的一侧。

3.如权利要求1所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述紧固单元还包括固定环(24)，所述固定环(24)固定在转盘(7)的上方，所述固定环(24)套设在第二连杆(21)上。

4.如权利要求1所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述驱动单元包括第三电机(25)和第三驱动轴(26)，所述第三电机(25)位于移动块(15)的远离固定块(16)的一侧，所述第三电机(25)固定在炉体(1)的下方，所述第三驱动轴(26)设置在第三电机(25)和固定块(16)之间，所述第三电机(25)与第三驱动轴(26)传动连接，所述移动块(15)套设在第三驱动轴(26)上，所述第三驱动轴(26)的外周设有外螺纹，所述移动块(15)内设有内螺纹，所述移动块(15)内的内螺纹与第三驱动轴(26)上的外螺纹相匹配。

5.如权利要求1所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述升降块(13)的底端设有距离传感器(27)。

6.如权利要求1所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述竖杆(8)上设有凸块(28)，所述凸块(28)位于固定环(24)的下方。

7.如权利要求1所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述沉积组件还包括连接架(29)，所述连接架(29)的竖向截面的形状为U形，所述U形截面的开口向下，所述连接架(29)的两端分别固定在两个基片(10)的上方。

8.如权利要求1所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述转盘(7)的下方至少设有两个支柱(30)，所述支柱(30)周向均匀分布在第一电机(6)的外周，所述支柱(30)的底端固定在炉体(1)内的底部，所述支柱(30)的顶端抵靠在转盘(7)的下方。

9.如权利要求8所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述支柱(30)的顶端设有凹口，所述凹口内设有钢珠(31)，所述钢珠(31)与凹口相匹配，所述钢珠(31)的球心位于凹口内，所述钢珠(31)抵靠在转盘(7)的下方。

10.如权利要求1所述的用于制备石墨烯的生产效率高的气相反应沉积设备，其特征在于，所述第二电机(11)为直流伺服电机。