CN208038590U - 一种双气流生长二维材料反应室设备 - Google Patents

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张正伟
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    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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Abstract

本实用新型公开了一种双气流生长二维材料反应室设备，包括火炉以及设在火炉内的反应管，所述反应管两端均连接有输送管道和法兰，所述法兰上连接有进气管和出气管。该结构的二维材料反应室设备，通过两端双气流控制代替单向气流控制，能够更好的控制二维材料成核点的产生时间以及生长时间，有效的解决了生产二维材料时成核点产生过早或者生长时间不宜控制的缺点，从而生长出大尺寸，形状规则，厚度分布均匀的高质量单晶。总之，本实用新型能够起到高效，节约人工成本的效果，同时提高了实验效率，保证了生长二维材料的尺寸、形状和质量，完全适用于管式炉控制生长二维材料。

Description

一种双气流生长二维材料反应室设备
技术领域
本实用新型涉及生长二维材料技术领域，具体涉及一种双气流生长二维材料反应室设备。
背景技术
长久以来，人们一直认为二维晶体不可能单独稳定存在。然而，2004年英国曼彻斯特大学物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov用实验证实，以石墨这种层状材料为原料，通过简单的物理剥离方法便能得到碳的单原子薄片—石墨烯，从而开启了材料科学革命的新篇章。自此，以石墨烯为代表的二维层状材料的相关研究获得了迅猛的发展。比如，MoS2，MoSe2，WS2，WSe2。
由于在光学，电学，磁学，催化等方面的优异性能，二维材料近年来得到迅猛的发展。目前，二维材料的合成方法也很多，主要有微机械剥离法、液相超声剥离法、液相插层法、激光法和退火逐层变薄法、气相沉积法。其中气相沉积法应用最为广泛，它不仅克服了微机械剥离的尺寸太小的问题，也克服了液相超声剥离法不易得到单层纳米片的缺点，还有液相超声剥离法制备时间较长的问题等。但是利用气相沉积可控合成高质量的大尺寸的单晶二维纳米材料还一直是一个挑战。其中CVD和PVD的合成方法被广泛使用，在该方法中，气流是影响二维材料的生长的重要原因之一，这对用于控制气流来提高二维材料的质量提出了更为严格的挑战。
目前绝大多数企业采用的是单向气流来生长二维材料。在单向气流中，很难精确控制生产二维材料时成核点产生的时间或者生长时间不宜控制，从而严重影响材料的形状、尺寸和质量。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种双气流生长二维材料反应室设备，以便有效的解决现有生长二维材料成核点产生过早或者生长时间不宜控制的缺点，从而生长出大尺寸，形状规则，分布均匀的高质量单晶。
本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：一种双气流生长二维材料反应室设备，包括火炉以及设在火炉内的反应管，所述反应管两端均连接有输送管道和法兰，所述法兰上连接有进气管和出气管。
进一步，所述反应管为石英管或刚玉管。
进一步，所述反应管内形成反应腔，所述反应腔内设置有盛有反应物的第一瓷舟以及盛有硅片的第二瓷舟。
进一步，所述输送管道的外径为1mm-600mm，壁厚为0.5mm-100mm。
进一步，所述进气管和出气管上分别设置有进气阀门和出气阀门。
本实用新型的有益效果：本实用新型的双气流生长二维材料反应室设备，通过在反应管连通连接输送管道和法兰，并通过法兰连接进气管和出气管，从而实现反应管两端双气流控制，取代了传统的单向气流控制，能够更好的控制二维材料成核点的产生时间以及生长时间，有效的解决了生产二维材料时成核点产生过早或者生长时间不宜控制的缺点，从而生长出大尺寸，形状规则，厚度分布均匀的高质量单晶。总之，本实用新型能够起到高效，节约人工成本的效果，同时提高了实验效率，保证了生长二维材料的尺寸、形状和质量，完全适用于管式炉控制生长二维材料。因此，此种双气流生长二维材料反应室设备取代了传统的单向气流，必将会产生更大的市场空间，具有很强的实用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型进行详细说明，如图1所示：本实用新型提供了一种双气流生长二维材料反应室设备，包括火炉1、反应管2和输送管道3，所述反应管设置在火炉内，反应管为石英管或刚玉管，反应管内形成反应腔，所述输送管道布置在反应管的两端，述输送管道的外径为1mm-600mm，壁厚为0.5mm-100mm，以及其它可能应用的外径和壁厚，每根输送管道的端部均设置有法兰4，每个法兰上均连接有进气管5和出气管6，所述进气管和出气管上分别设置有进气阀门9和出气阀门10，通过进气管和出气管可实现进气和出气。该结构的二维材料反应室设备，通过在反应管连通连接输送管道和法兰，并通过法兰连接进气管和出气管，从而实现反应管两端双气流控制，取代了传统的单向气流控制，能够更好的控制二维材料成核点的产生时间以及生长时间，有效的解决了生产二维材料时成核点产生过早或者生长时间不宜控制的缺点，从而生长出大尺寸，形状规则，厚度分布均匀的高质量单晶。总之，本实用新型能够起到高效，节约人工成本的效果，同时提高了实验效率，保证了生长二维材料的尺寸、形状和质量，完全适用于管式炉控制生长二维材料。因此，此种双气流生长二维材料反应室设备取代了传统的单向气流，必将会产生更大的市场空间，具有很强的实用性。为使上述技术方案更加清楚，下面详细介绍采用该设备生长二维材料的具体步骤：在生长二维材料时，每端的法兰各装有进气管和出气管，实验前在中心恒温区放入盛有适量反应原材料的第一瓷舟7或氧化铝舟，在下游变温区放入盛有大小合适硅片的第二瓷舟8或氧化铝舟，反应原材料为Se粉、S粉、Te粉，氯化钒，WS2，WSe2，MoS2，MoSe2等过渡金属和化合物和可能应用的其他材料，原材料厚度为0.7-100nm，种类有粉末、颗粒、气体、金属线以及其他可以生长材料的各种形态的原材料，接着装上法兰，然后通入合适的载气排尽反应室的氧气，最后通入适量的流量，加热反应室进行反应。最终生长的二维纳米材料种类为纳米片、纳米薄膜、超晶格、纳米带。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种双气流生长二维材料反应室设备，包括火炉以及设在火炉内的反应管，其特征在于：所述反应管两端均连接有输送管道和法兰，所述法兰上连接有进气管和出气管。
2.根据权利要求1所述的双气流生长二维材料反应室设备，其特征在于：所述反应管为石英管或刚玉管。
3.根据权利要求2所述的双气流生长二维材料反应室设备，其特征在于：所述反应管内形成反应腔，所述反应腔内设置有盛有反应物的第一瓷舟以及盛有硅片的第二瓷舟。
4.根据权利要求1所述的双气流生长二维材料反应室设备，其特征在于：所述输送管道的外径为1mm-600mm，壁厚为0.5mm-100mm。
5.根据权利要求1所述的双气流生长二维材料反应室设备，其特征在于：所述进气管和出气管上分别设置有进气阀门和出气阀门。
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GR01 Patent grant
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CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Duan Xidong

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Inventor before: Duan Xiangfeng

Inventor before: Zhang Zhengwei

Inventor before: Ma Huifang