具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石墨烯化學(xué)氣相沉積法制備及其氣相動力學(xué)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種新型的碳質(zhì)材料，是由碳原子以六邊形結(jié)構(gòu)排列的二維晶體，是第一種真正意義上的二維材料。由于其優(yōu)異的力、熱、光、電、磁特性，使得它在納米光電子器件方面具有巨大的應(yīng)用前景，如下一代高速晶體管，透明電極，光電、壓力傳感器等。為此，如何制備大面積高質(zhì)量的石墨烯便成為目前的研宄熱點。在眾多的制備方法中，化學(xué)氣相沉積CVD法被認(rèn)為是最有希望成為實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的解決方案，并且已經(jīng)取得了令人矚目的進展。然而，在化學(xué)氣相沉積制備石墨烯過程中，影響石墨烯生長的因素很復(fù)雜，除了碳源、基底材料外，壓力、溫度、氣體流量、反應(yīng)裝置等都是影響因素。如今化學(xué)氣相沉積制備石墨烯已能較好地控制反應(yīng)的壓力、溫度、氣體流量，但對氣相動力學(xué)的控制仍是弱項。因此，實現(xiàn)有效地氣相動力學(xué)控制成為化學(xué)氣相沉積制備石墨烯十分迫切的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，以實現(xiàn)對化學(xué)氣相法制備石墨烯的氣相動力學(xué)控制，進而高質(zhì)量地制備石墨烯。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，主要由進氣導(dǎo)管、進氣流控制器和輸氣管組成；進氣導(dǎo)管有多條，每條進氣導(dǎo)管都有進氣流控制器，進氣流控制器安裝在進氣導(dǎo)管上部，進氣流控制器上部與輸氣管連接。
[0005]進氣流控制器由計算機控制。
[0006]石墨烯化學(xué)氣相法制備爐主要由爐體及其進氣口和出氣口組成，爐體為球形爐體，球形爐體采用圓球形狀，爐體中的爐膛采用弧形結(jié)構(gòu)。
[0007]進氣口和出氣口軸向呈90度角，進氣口垂直設(shè)置在球形爐體頂端；進氣口采用大口徑多路進氣導(dǎo)管設(shè)計，進氣口直徑為球形爐體直徑的1/2。
[0008]出氣口水平設(shè)置在球形爐體中部，出氣口為多個且對稱分布。
[0009]出氣口為2-8個，且出氣口截面積之和等于進氣口截面積。
[0010]該多通道進氣裝置位于球形爐體上端，進氣導(dǎo)管安裝在進氣口內(nèi)且與球形爐體中心垂直線有一定夾角，進氣導(dǎo)管上部連接進氣流控制器，進氣導(dǎo)管下部通向球形爐體的爐膛。
[0011]針對目前化學(xué)氣相沉積CVD法制備石墨烯存在的問題，發(fā)明人設(shè)計制作了一種具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，主要由進氣導(dǎo)管、進氣流控制器和輸氣管組成。該裝置配合球形爐體使用，由于進氣導(dǎo)管與球形爐體中心垂直線之間存在微小的夾角，使氣流進入時形成微旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在進氣流控制器控制下，形成從球形爐體上端垂直流入直達基底材料表面的帶有輕微旋轉(zhuǎn)的氣體氣相路線，輕微旋轉(zhuǎn)的氣流加強了基底材料表面的氣相動力學(xué)的均衡，消除了基底材料上不均衡的邊界層，實現(xiàn)了石墨烯化學(xué)氣相法制備的氣相動力學(xué)控制和平衡，使碳源氣體混合物均衡地與基底材料反應(yīng)生長出尚質(zhì)量石墨稀。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置的結(jié)構(gòu)及使用狀態(tài)示意圖。
[0013]圖2是應(yīng)用圖1中多通道進氣裝置的氣相動力學(xué)控制示意圖。
[0014]圖中:I球形爐體，2進氣口，3出氣口，4進氣導(dǎo)管，5進氣流控制器，6輸氣管，12氣流線，13基底材料。
【具體實施方式】
[0015]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，主要由進氣導(dǎo)管4、進氣流控制器5和輸氣管6組成；進氣導(dǎo)管有多條，每條進氣導(dǎo)管都有進氣流控制器并由計算機控制，進氣流控制器安裝在進氣導(dǎo)管上部，進氣流控制器上部與輸氣管連接，參與化學(xué)氣相法制備石墨烯的各種氣體由輸氣管輸入。
[0016]該多通道進氣裝置與石墨烯化學(xué)氣相法制備爐配合使用。其中，石墨烯化學(xué)氣相法制備爐主要由爐體及其進氣口 2和出氣口 3組成，爐體為球形爐體1，球形爐體采用圓球形狀，爐體中的爐膛采用弧形結(jié)構(gòu)。進氣口和出氣口軸向呈90度角，進氣口垂直設(shè)置在球形爐體頂端；進氣口采用大口徑多路進氣導(dǎo)管設(shè)計，可容納多條進氣導(dǎo)管，進氣口直徑為球形爐體直徑的1/2。出氣口水平設(shè)置在球形爐體中部，負責(zé)參與化學(xué)氣相法制備石墨烯的各種氣體的排出，出氣口為多個且對稱分布。出氣口可以為2、3、4、5、6、7或8個，出氣口的大小與進氣口大小相關(guān)，其出氣口截面積之和等于進氣口截面積。
[0017]工作原理
[0018]使用時，該多通道進氣裝置位于球形爐體上端，多條進氣導(dǎo)管按一定規(guī)律排列安裝在進氣口內(nèi)且與球形爐體中心垂直線有一定夾角，進氣導(dǎo)管上部連接進氣流控制器，進氣導(dǎo)管下部通向球形爐體的爐膛。參與化學(xué)氣相法制備石墨烯的各種氣體分多路自上而下注入，氣體構(gòu)成垂直于基底材料13表面、氣流從水平基底材料表面90度轉(zhuǎn)彎后再從基底材料表面水平流出的氣相動力學(xué)關(guān)系；同時，由于進氣導(dǎo)管與球形爐體中心垂直線有一定夾角，進入爐中氣流的角度不是完全的90度，也有一定的夾角，使氣流進入時形成微旋轉(zhuǎn)的氣流，氣體到達基底材料表面時也是輕微旋轉(zhuǎn)的，在進氣流控制器控制下，形成從球形爐體上端垂直流入直達基底材料表面的帶有輕微旋轉(zhuǎn)的氣流線12，輕微旋轉(zhuǎn)的氣流加強了基底材料表面的氣相動力學(xué)的均衡，均衡的氣相氣場作用于基底材料上，消除基底材料上不均衡的邊界層，使碳源氣體混合物均衡地與基底材料反應(yīng)生長出高質(zhì)量石墨烯，通過計算機可以實現(xiàn)化學(xué)氣相法制備石墨烯過程石墨烯生長的氣相動力學(xué)控制，從而能夠制備出高質(zhì)量石墨烯。
【主權(quán)項】
1.一種具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，其特征在于主要由進氣導(dǎo)管、進氣流控制器和輸氣管組成；所述進氣導(dǎo)管有多條，每條進氣導(dǎo)管都有進氣流控制器，進氣流控制器安裝在進氣導(dǎo)管上部，進氣流控制器上部與輸氣管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，其特征在于:所述進氣流控制器由計算機控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，其特征在于:所述石墨烯化學(xué)氣相法制備爐主要由爐體及其進氣口和出氣口組成，所述爐體為球形爐體，球形爐體采用圓球形狀，爐體中的爐膛采用弧形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，其特征在于:所述進氣口和出氣口軸向呈90度角，進氣口垂直設(shè)置在球形爐體頂端；所述進氣口采用大口徑多路進氣導(dǎo)管設(shè)計，進氣口直徑為球形爐體直徑的1/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，其特征在于:所述出氣口水平設(shè)置在球形爐體中部，出氣口為多個且對稱分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，其特征在于:所述出氣口為2-8個，且出氣口截面積之和等于進氣口截面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，其特征在于:該多通道進氣裝置位于球形爐體上端，進氣導(dǎo)管安裝在進氣口內(nèi)且與球形爐體中心垂直線有一定夾角，進氣導(dǎo)管上部連接進氣流控制器，進氣導(dǎo)管下部通向球形爐體的爐膛。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有氣相動力學(xué)控制的石墨烯化學(xué)氣相法制備爐的多通道進氣裝置，主要由進氣導(dǎo)管、進氣流控制器和輸氣管組成，每條進氣導(dǎo)管都有進氣流控制器，進氣流控制器安裝在進氣導(dǎo)管上部，進氣流控制器上部與輸氣管連接。該裝置配合球形爐體使用，由于進氣導(dǎo)管與球形爐體中心垂直線之間存在微小的夾角，使氣流進入時形成微旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在進氣流控制器控制下，形成從球形爐體上端垂直流入直達基底材料表面的帶有輕微旋轉(zhuǎn)的氣體氣相路線，輕微旋轉(zhuǎn)的氣流加強了基底材料表面的氣相動力學(xué)的均衡，消除了基底材料上不均衡的邊界層，實現(xiàn)了石墨烯化學(xué)氣相法制備的氣相動力學(xué)控制和平衡，使碳源氣體混合物均衡地與基底材料反應(yīng)生長出高質(zhì)量石墨烯。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104773723
【申請?zhí)枴緾N201510165417
【發(fā)明人】何軍, 李家貴, 陸曼嬋, 張培, 陸釗, 李超建, 楊彤, 陸家源, 陸曼莎, 陸宇秋, 劉春玲
【申請人】玉林師范學(xué)院
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月9日