JP3231327U - 二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】効率よく、人件費を節約する効果を果たすことができるとともに、実験の効率を向上させ、成長した二次元材料のサイズ、形状及び品質を保証し、管状炉で二次元材料の成長を制御することに完全に適合する二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスを提供する。【解決手段】二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスは、ストーブ１と、ストーブ内に設けられた反応チューブ２とを含み、前記反応チューブの両端には、いずれも輸送管路３及びフランジ４が接続され、各フランジには、吸気管５及び排気管６が接続されている。当該構造の反応チャンバーデバイスは、両端の二重気流制御で単方向気流制御に代わることによって、二次元材料の核形成点の生成時間及び成長時間をより良く制御することができ、サイズが大きく、形状が規則的であり、厚さ分布が均一である品質の高い単結晶を成長させる。【選択図】図１
Description
本考案は、二次元材料の成長に係る技術分野に関し、具体的には、二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスに関する。
長い間、二次元結晶は単独で安定的に存在することが不可能であると考えられていた。しかし、２００４年、英国のマンチェスター大学の物理学者Ａｎｄｒｅ Ｇｅｉｍ及びＫｏｎｓｔａｎｔｉｎ Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖは、実験によって、層状の材料である黒鉛を原料として、簡単な物理的剥離方法で、炭素の単原子シートであるグラフェンを得られることを証明し、それにより材料科学革命の新しいページを開いた。以降、グラフェンをはじめ、例えば、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、ＷＳ２、ＷＳｅ２等の二次元層状材料の関連研究は急激に発展している。
光学、電気学、磁気学、触媒などの点で性能が優れるので、二次元材料は、近年、急激に発展している。現在、二次元材料の合成方法も多く、主にマイクロマシン剥離法、液相超音波剥離法、液相インターカレート法、レーザー法及びアニーリングにより層ごとに薄くする方法、気相成長法がある。そのうち、気相成長法は、最も広く応用されている方法であり、マイクロマシン剥離のサイズが小さすぎるという問題を克服しただけでなく、さらに、液相超音波剥離法で単層のナノシートを得ることが困難であるという欠点、液相超音波剥離法の調製時間が長いという問題なども克服した。しかし、気相成長により高品質でサイズが大きな単結晶二次元ナノ材料を制御可能に合成することは、今は依然としてチャレンジのままである。そのうち、ＣＶＤ及びＰＶＤの合成方法が広く使用され、当該方法において、気流は、二次元材料の成長に影響を与える要因の一つであり、気流を制御して二次元材料の品質を向上させることにとって、より厳しいチャレンジである。
現在、大部分の企業は、単方向気流を用いて二次元材料を成長させる。単方向気流では、二次元材料を生産する時に核形成点の生成時間を精確に制御することが困難であり、または成長時間を制御しにくく、それにより材料の形状、サイズ及び品質に深刻な影響を与える。
これに鑑み、本考案は、二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスを提供し、従来の二次元材料の成長による核形成点の生成が早すぎる又は成長時間を制御しにくいという欠点を効果的に解決し、それにより、サイズが大きく、形状が規則的であり、厚さ分布が均一である品質の高い単結晶を成長させることを目的とする。
本考案は、以下の技術手段によって上記課題を解決する。二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスであって、ストーブとストーブ内に設けられた反応チューブとを含み、前記反応チューブの両端には、いずれも輸送管路及びフランジが接続され、前記フランジには、吸気管及び排気管が接続されている。
さらに、前記反応チューブは、石英管又は鋼玉管である。
さらに、前記反応チューブ内に反応チャンバーが形成され、前記反応チャンバーには、反応物を入れた第一の磁製ボート及びシリコンシートを入れた第二の磁製ボートが設けられている。
さらに、前記反応チューブ内に反応チャンバーが形成され、前記反応チャンバーには、反応物を入れた第一の磁製ボート及びシリコンシートを入れた第二の磁製ボートが設けられている。
さらに、前記輸送管路の外径は１ｍｍ〜６００ｍｍであり、肉厚は０．５ｍｍ〜１００ｍｍである。
さらに、前記吸気管及び排気管には、それぞれ吸気バルブ及び排気バルブが設けられている。
本考案の有益な効果は以下のとおりである。本考案に係る二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスでは、反応チューブに輸送管路及びフランジが連通するように接続され、フランジに吸気管及び排気管が接続されることにより、反応チューブの両端の二重気流制御を実現し、従来の単方向気流制御に代わり、二次元材料の核形成点の生成時間及び成長時間をより良く制御することができ、二次元材料を生産する時に核形成点の生成が早すぎる又は成長時間を制御しにくいという欠点を効果的に解決し、それによりサイズが大きく、形状が規則的であり、厚さ分布が均一である品質の高い単結晶を成長させる。要するに、本考案は、効率よく、人件費を節約する効果を果たすことができ、同時に実験の効率を向上させ、成長した二次元材料のサイズ、形状及び品質を保証し、管状炉で二次元材料の成長を制御することに完全に適合する。そのため、このような二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスは、従来の単方向気流に代わり、より大きな市場空間を必ず形成し、非常に強い実用性を有する。
以下に、図面及び実施例を組み合わせて本考案をさらに説明する。
以下に図面を参照して本考案を詳細に説明する。図１に示すように、本考案は、二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスを提供し、ストーブ（包括火炉）１、反応チューブ２及び輸送管路３を含む。前記反応チューブは、ストーブ内に設けられ、反応チューブは、石英管又は鋼玉管であり、反応チューブ内に反応チャンバーが形成され、前記輸送管路は、反応チューブの両端に配置され、前記輸送管路の外径は１ｍｍ〜６００ｍｍであり、肉厚は０．５ｍｍ〜１００ｍｍであり、他の適用可能な外径及び肉厚としてもよい。各輸送管路の端部にはいずれもフランジ４が設けられ、各フランジには、いずれも吸気管５及び排気管６が接続され、前記吸気管及び排気管には、それぞれ吸気バルブ９及び排気バルブ１０が設けられ、吸気管及び排気管によって吸気と排気を実現することができる。この構造の二次元材料の反応チャンバーデバイスでは、反応チューブに輸送管路及びフランジが連通するように接続され、フランジに吸気管及び排気管が接続されることにより、反応チューブの両端の二重気流制御を実現し、従来の単方向気流制御に代わり、二次元材料の核形成点の生成時間及び成長時間をより良く制御することができ、二次元材料を生産する時に核形成点の生成が早すぎる又は成長時間を制御しにくいという欠点を効果的に解決し、それによりサイズが大きく、形状が規則的であり、厚さ分布が均一である品質の高い単結晶を成長させる。要するに、本考案は、効率よく、人件費を節約する効果を果たすことができるとともに、実験の効率を向上させ、成長した二次元材料のサイズ、形状及び品質を保証し、管状炉で二次元材料の成長を制御することに完全に適合する。そのため、このような二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスは、従来の単方向気流に代わり、より大きな市場空間を必ず形成し、非常に強い実用性を有する。上記技術方案をより明確にするために、以下に、当該デバイスを用いて二次元材料を成長させる具体的なステップを詳細に紹介する。二次元材料を成長させる時、各端のフランジには、それぞれ吸気管及び排気管が装着されており、実験前に、中央の恒温領域に、適量の反応原材料を入れた第一の磁製ボート７又はアルミナボートを載置し、下流変温領域に、大きさが適切なシリコンシートを入れた第二の磁製ボート８又はアルミナボートを載置する。反応原材料は、Ｓｅパウダー、Ｓパウダー、Ｔｅパウダー、塩化バナジウム、ＷＳ２、ＷＳｅ２、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２などの遷移金属、化合物、及び適用可能な他の材料である。原材料の厚さは０．７〜１００ｎｍとし、粉末、顆粒、気体、金属線及び他の材料を成長可能な様々な形態の原材料の種類とする。次に、フランジを取り付けて、続いて適切なキャリアガス導入して反応チャンバーの酸素ガスを完全に排出し、最後に適量の流量を導入し、反応チャンバーを加熱して反応させる。最終的に、成長した二次元ナノ材料の種類は、ナノシート、ナノフィルム、超格子、ナノリボンである。
最後に、以上の実施例は、本考案の技術方案を説明するためのものであって、制限的なものではない。好ましい実施例を参照して本考案を詳細に説明したが、当業者であれば、本考案の技術方案の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本考案の技術方案に対する修正又は同等の置換が可能であることは、当然理解されるものであり、それらは全て本考案の請求の範囲に属すべきであることに注意されたい。
１ ストーブ
２ 反応チューブ
３ 輸送管路
４ フランジ
５ 吸気管
６ 排気管
７ 第一のボート
８ 第二のボート
９ 吸気バルブ
１０ 排気バルブ
２ 反応チューブ
３ 輸送管路
４ フランジ
５ 吸気管
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７ 第一のボート
８ 第二のボート
９ 吸気バルブ
１０ 排気バルブ
Claims (5)
- ストーブと、該ストーブ内に設けられた反応チューブとを含む二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイスであって、前記反応チューブの両端には、いずれも輸送管路及びフランジが接続され、前記フランジには、吸気管及び排気管が接続されていることを特徴とする二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイス。
- 前記反応チューブは、石英管又は鋼玉管であることを特徴とする請求項１に記載の二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイス。
- 前記反応チューブ内に反応チャンバーが形成され、前記反応チャンバーには、反応物を入れた第一の磁製ボート、及び、シリコンシートを入れた第二の磁製ボートが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイス。
- 前記輸送管路の外径は１ｍｍ〜６００ｍｍであり、肉厚は０．５ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイス。
- 前記吸気管及び排気管には、それぞれ吸気バルブ及び排気バルブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二次元材料の二重気流成長の反応チャンバーデバイス。
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