[发明专利]一种新型的垂直升降快速冷却的石墨烯生长装置

说明书

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。

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：