[发明专利]一种气泡化学气相沉积法制备石墨烯粉体的设备

说明书

本发明涉及石墨烯制备技术领域，涉及一种气泡化学气相沉积法制备石墨烯粉体的设备。其包括：一个密封的腔体，腔体内设有用于将铜加热至熔融状态的加热装置；腔体连接有进气装置，进气装置将碳氢混合气体通入加热装置；腔体的一侧连接有收集装置，收集装置用于收集石墨烯；腔体还连接有用于对反应产生的气体混合物冷却的冷却装置。本发明通过进气装置将碳氢气体导入加热装置，并在加热装置内与熔融的铜接触分解形成碳原子；碳原子聚积形成石墨烯并随着气流进入收集装置并被收集，使得石墨烯可以连续生产。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备技术领域，涉及一种气泡化学气相沉积法制备石墨烯粉体的设备。

背景技术

目前主要的制备石墨烯的方法有机械剥离法、外延生长法、氧化还原法以及化学气相沉积法。化学气相沉积法以铜箔作为催化剂，向高温铜箔表面通入甲烷气体，即在铜箔表面沉积石墨烯薄膜。化学气相沉积法以铜箔作为催化剂，向高温铜箔表面通入碳源气体，即在铜箔表面沉积石墨烯薄膜。但CVD法制备石墨烯的产量受限于铜箔表面积且铜箔无法重复利用，很难连续生产，生产成本较高。对此，研究者对CVD法进行了改进，2017年电子科技大学唐永亮博士提出了一种改良的CVD方法，即气泡化学气相沉积法（BubblingChemical Vapor Deposition，B-CVD）。该方法将碳氢气体直接通入熔融铜中，形成含碳氢气体的气泡。碳氢气体在气泡表面分解为碳原子，碳原子在气泡表面组装为石墨烯，并随气泡到达熔融铜表面，石墨烯最后在气泡的作用下与熔融铜表面分离进入收集器中。随着气泡不断产生，实现石墨烯不断生长。而目前尚没有设备进行实际生产。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种气泡化学气相沉积法制备石墨烯粉体的设备，该设备可以进行实际连续生产。

一种气泡化学气相沉积法制备石墨烯粉体的设备，其包括：一个密封的腔体，腔体内设有用于将铜加热至熔融状态的加热装置；腔体连接有进气装置，进气装置将碳氢混合气体通入加热装置；腔体的一侧连接有收集装置，收集装置用于收集混合气体经反应生成的石墨烯。

优选地，腔体还连接有用于对反应产生的气体混合物冷却的冷却装置。

进一步地，所述冷却装置包括水冷装置，水冷装置包括水冷源、循环管以及水泵，循环管包括缠绕于腔体上端的水冷段，水冷段用于对进入收集装置的气体混合物进行降温。

进一步地，所述腔体包括腔身和盖体，腔身内连接有支架，支架包括与腔身连接的连接臂以及与连接臂连接的承接板，承接板的中部设有上穿孔，所述冷却装置包括中部的管体，管体的上端与承接板连接，承接板的中部设有中穿孔，盖板设有上穿孔；所述进气装置包括进气管，进气管依次穿过该上穿孔、中穿孔和管体；管体的侧面连接有呈螺旋设置的导向叶片；所述腔体的侧壁设有出气口，出气口位于导向叶片上端的一侧。

进一步地，所述管体的中部套设有中空的内胆，内胆的中部侧面设有环形槽，内胆的上端面设有缺口，所述内胆的中部套设有螺旋设置的冷却管，冷却管的上端穿过缺口并从盖体的上穿孔伸出并连接有冷却液循环装置。

进一步地，所述腔体连接有抽真空装置。

进一步地，腔体设有观察窗。

进一步地，所述加热装置包括坩埚，坩埚外设有加热线圈以及温度传感器；所述腔体设有进线窗并连接有与之配合的端盖。

进一步地，所述进气装置还包括设置在进气管下端的曝气器。

进一步地，所述进气管连接有气压计。

进一步地，进气装置还包括用于驱动进气管升降的升降机构，所述升降机构包括：固定于腔体的底座，底座连接有支撑块，支撑块连接有呈竖直设置的线性模组，线性模组连接有连接座，所述进气管与连接座固定连接。