CN211872080U - 一种铜粉表面气相沉积碳的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铜粉表面气相沉积碳的装置，包括振动底座和密封工作筒体，所述密封工作筒体包括隔热板、铜粉进口、废气出口、废气出口挡板、甲烷进气口、气体流量计、铜粉缓释区、第一加热区、第二加热区、第三加热区、第四加热区、第五加热区、1000目振动筛、5000目振动筛、8000目振动筛、10000目振动筛、加热丝、加热丝盖板、复合材料沉降区、回收盘、隔热棉。本实用新型的铜粉表面气相沉积碳的装置结构新颖，使用灵活方便，能够使碳充分的沉积在铜的表面制得具有完整表面结构、高质量、缺陷较少的石墨烯薄膜。

Description

一种铜粉表面气相沉积碳的装置

技术领域

本实用新型属于化学气相沉积技术领域，具体涉及一种铜粉表面气相沉积碳的装置。

背景技术

具有特殊二维结构的石墨烯由于其良好的导电导热性能和机械性能，常被用于作为一种增强体材料添加至金属基体中制备石墨烯增强金属基复合材料。

现阶段石墨烯的生产方式主要是机械剥离法或石墨烯还原氧化法，相比于机械剥离法和氧化还原法，采用化学气相沉积法（CVD）在金属基底的催化作用下可以得到质量很高的石墨烯薄膜，同时多晶金属基底的造价成本相比于单晶也更为廉价，是大规模制备高质量石墨烯的的最有希望的方法之一。但采用上述化学气相沉积法存在以下缺陷：一方面由于石墨烯与铜粉密度差别很大以及石墨烯比表面积大，本身易团聚的特点，因此很难保证石墨烯可以均匀的分散于铜基体上；另一方面，鉴于铜基体和石墨烯难以润湿和发生化学反应，因此二者也难以形成良好的结合界面。

中国专利CN201920153423.5公开了一种化学气相沉积装置，用于制备薄膜材料，通过在第一腔室和第二腔室之间设置过渡腔室，且传送机构被配置为在第一腔室和过渡腔室之间传送底盘以及在第二腔室和过渡腔室之间传送底盘，使得薄膜材料的反应过程和后处理过程能够在与外界隔离的气氛条件下完成，保证了薄膜材料表面的洁净度，另外通过过渡腔室作为中转站的设计，使得可同时进行反应和后处理操作，有效提高了薄膜材料的生产效率；但该化学气相沉积装置中石墨烯不能均匀分散，难以与铜基体反应，采用该装置其制得的石墨烯薄膜表面结构不完整、有缺陷、质量低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种铜粉表面气相沉积碳的装置，结构新颖，使用灵活方便，能够使碳充分的沉积在铜的表面制得具有完整表面结构、高质量、缺陷较少的石墨烯薄膜。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种铜粉表面气相沉积碳的装置，包括振动底座和密封工作筒体，所述密封工作筒体的外侧和顶端均设有隔热板，所述密封工作筒体的顶端设有铜粉进口，铜粉进口与一侧设有废气出口的铜粉缓释区连接，所述废气出口上设有废气出口挡板，所述铜粉缓释区经1000目振动筛与加热区连接，所述加热区包括第一加热区，第二加热区，第三加热区，第四加热区和第五加热区，所述第一加热区的一侧设有具有加热丝盖板的加热丝，所述第二加热区和第三加热区的顶面均设有5000目振动筛，所述第四加热区和第五加热区的顶面均设有8000目振动筛，所述第五加热区的底面经10000目振动筛与两侧均设有甲烷进气口的复合材料沉降区连接、所述复合材料沉降区与回收盘连接。

优选的，所述振动底座和工作筒体均为圆柱体。

优选的，所述第一加热区、第二加热区、第三加热区、第四加热区和第五加热区中设有不同匝数的电阻丝。

优选的，所述第一加热区为铜粉脱水区，第二加热区为铜粉预热区，第三加热区为反应区，第四加热区为气体预热区，第五加热区为气体脱水区。

优选的，所述甲烷进气口设置有气体流量计。

优选的，所述甲烷进气口为斜插式进气口。

优选的，所述密封工作筒体内嵌设有隔热棉。

优选的，所述铜粉进口设置有密封罩。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

（1）本实用新型设置振动底座取代工作筒体振动结构，简化装置结构，保证加热反应过程的安全，提高振动效果；同时本实用新型在工作筒体外侧及顶部设置隔热板，能够有效的减少热量的散失，提高安全性。

（2）本实用新型设有废气回收口，方便对废气进行回收；另外在废气出口处设置挡板，可有效减少铜粉的沉积及流失。

（3）本实用新型的甲烷进气口采用斜插式，能够有效的避免反应后的铜粉沉积；另外在甲烷进气口设置气体流量计以控制进气量，节约能源，且可确定石墨烯铜复合材料的产量。

（4）本实用新型设有不同级别（1000目、5000目、8000目、10000目）的振动筛，能够有效的避免铜粉的沉积，增大铜粉的加热反应面积。

（5）本实用新型设置了四个不同区域分别进行铜粉脱水、铜粉预热、气体脱水、气体预热，可使反应充分高效进行。

（6）本实用新型结构新颖，使用灵活方便，能够使碳充分的沉积在铜的表面制得具有完整表面结构、高质量、缺陷较少的石墨烯薄膜，避免石墨烯不能均匀分散，难以与铜基体反应的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中铜粉表面气相沉积碳装置的结构示意图。

其中：1为振动底座；2为密封工作筒体；3为隔热板；4为铜粉进口；5为废气出口；6为铜粉缓释区；7为废气出口挡板；8为1000目振动筛；9为加热区；10为第一加热区；11为第二加热区；12为第三加热区；13为第四加热区；14为第五加热区；15为加热丝盖板；16为加热丝；17为5000目振动筛；18为8000目振动筛，19为10000目振动筛；20为甲烷进气口；21为复合材料沉降区；22为回收盘；23为气体流量计；24为隔热棉。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的铜粉表面气相沉积碳装置的结构示意图。

一种铜粉表面气相沉积碳的装置，包括振动底座1和密封工作筒体2，所述密封工作筒体2的外侧和顶端均设有隔热板3，所述密封工作筒体2的顶端设有铜粉进口4，铜粉进口4与一侧设有废气出口5的铜粉缓释区6连接，所述废气出口5上设有废气出口挡板7，所述铜粉缓释区6经1000目振动筛8与加热区9连接，所述加热区9包括第一加热区10，第二加热区11，第三加热区12，第四加热区13和第五加热区14，所述第一加热区10的一侧设有具有加热丝盖板15的加热丝16，所述第二加热区11和第三加热区12的顶面均设有5000目振动筛17，所述第四加热区13和第五加热区14的顶面均设有8000目振动筛18，所述第五加热区14的底面经10000目振动筛19与两侧均设有甲烷进气口20的复合材料沉降区21连接、所述复合材料沉降区21与回收盘22连接。

所述振动底座1和密封工作筒体2均为圆柱体。

所述第一加热区10、第二加热区11、第三加热区12、第四加热区13和第五加热区14中设有不同匝数的电阻丝。

所述第一加热区10为铜粉脱水区，第二加热区11为铜粉预热区，第三加热区12为反应区，第四加热区13为气体预热区，第五加热区14为气体脱水区。

所述甲烷进气口20设置有气体流量计23。

所述甲烷进气口20为斜插式进气口。

所述密封工作筒体2内嵌设有隔热棉24。

所述铜粉进口4设置有密封罩。

下面结合附图详细描述本实施例的工作过程：

本装置工作时，振动底座1开始做横向周期振动，先从甲烷进气口20通入甲烷气体以排除装置中的氧气，排尽后通过气体流量计23控制甲烷的流量，此时加热丝16开始通电升温，第一加热区10温度为200℃、第二加热区11温度为600℃、第三加热区12温度为1300℃、第四加热区13温度为500℃、第五加热区14温度为100℃，待各加热区域加热到指定温度后，从铜粉进口4加入一定量的铜粉，铜粉进入铜粉缓释区6后，通过1000目振动筛8进入到第一加热区10使铜粉充分脱水，充分脱水后的铜粉通过5000目振动筛17进入到第二加热区11使铜粉充分预热，铜粉充分预热后经过5000目振动筛17进入到第三加热区12，甲烷从进气口首先进入到第五加热区14进行气体充分脱水而后进入第四加热区13进行气体充分预热，然后铜粉与甲烷在第三加热区12中温度1300℃下的分解产物进行反应，铜粉主要起到催化的作用，铜粉在碳源气氛中可以吸附碳源，同时促进碳源的分解，由于铜晶体的晶界处能量较碳原子高，故碳原子优先在晶界处形核形成石墨烯，之后碳原子不断沉积生长为完整的石墨烯薄膜。

当少数层石墨烯覆盖了铜粉的表面后，由于铜的催化作用被大大抑制，碳源将不再分解，阻碍碳原子的沉积和生长，故而可以通过调节相关参数得到层数较少乃至单层的石墨烯薄膜。反应后的铜粉分别通过8000目振动筛18和10000目振动筛19后，最终在回收盘22上得到粒径为1.1μm的石墨烯铜复合材料。

除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铜粉表面气相沉积碳的装置，其特征在于：包括振动底座（1）和密封工作筒体（2），所述密封工作筒体（2）的外侧和顶端均设有隔热板（3），所述密封工作筒体（2）的顶端设有铜粉进口（4），铜粉进口（4）与一侧设有废气出口（5）的铜粉缓释区（6）连接，所述废气出口（5）上设有废气出口挡板（7），所述铜粉缓释区（6）经1000目振动筛（8）与加热区（9）连接，所述加热区（9）包括第一加热区（10）、第二加热区（11）、第三加热区（12）、第四加热区（13）和第五加热区（14），所述第一加热区（10）的一侧设有具有加热丝盖板（15）的加热丝（16），所述第二加热区（11）和第三加热区（12）的顶面均设有5000目振动筛（17），所述第四加热区（13）和第五加热区（14）的顶面均设有8000目振动筛（18），所述第五加热区（14）的底面经10000目振动筛（19）与两侧均设有甲烷进气口（20）的复合材料沉降区（21）连接、所述复合材料沉降区（21）与回收盘（22）连接。

2.根据权利要求1所述的铜粉表面气相沉积碳的装置，其特征在于：所述振动底座（1）和密封工作筒体（2）均为圆柱体。

3.根据权利要求1所述的铜粉表面气相沉积碳的装置，其特征在于：所述第一加热区（10）、第二加热区（11）、第三加热区（12）、第四加热区（13）和第五加热区（14）中设有不同匝数的电阻丝。

4.根据权利要求1或3所述的铜粉表面气相沉积碳的装置，其特征在于：所述第一加热区（10）为铜粉脱水区，第二加热区（11）为铜粉预热区，第三加热区（12）为反应区，第四加热区（13）为气体预热区，第五加热区（14）为气体脱水区。

5.根据权利要求1所述的铜粉表面气相沉积碳的装置，其特征在于：所述甲烷进气口（20）设置有气体流量计（23）。

6.根据权利要求1或5所述的铜粉表面气相沉积碳的装置，其特征在于：所述甲烷进气口（20）为斜插式进气口。

7.根据权利要求1所述的铜粉表面气相沉积碳的装置，其特征在于：所述密封工作筒体（2）内嵌设有隔热棉（24）。

8.根据权利要求1所述的铜粉表面气相沉积碳的装置，其特征在：所述铜粉进口（4）设置有密封罩。

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