[实用新型]一种带滑轨的用于制备石墨烯的化学气相沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气相沉积设备，特别是指一种用于制备石墨烯的化学气相沉积装置。

背景技术

石墨烯是碳原子按六边形结构排列的一种单原子层碳薄膜。目前，利用金属衬底催化分解甲烷气体进行化学气相沉积是一种制备大面积石墨烯薄膜的有效方法。在该方法中，首先让碳原子在高温（1000℃）下溶解到金属衬底中，金属的碳溶解度随着温度降低而降低。当衬底冷却后，碳原子在金属中达到过饱和状态，之前溶解的大量碳原子就会析出到金属表面形成厚度可控的石墨烯。这种方法可以到高质量大面积（厘米尺寸）的单层或者多层石墨烯，是目前最为重要的一种石墨烯制备方法。

制备石墨烯的过程需要用到易燃气体作为反应气体，例如氢气和甲烷，且高温加热炉制备石墨烯是在反应气体在理想状态下均匀分布，然而，实际上反应气体的浓度会随着反应的进行而降低，导致靠近反应气体入口处的近气端比相对入口较远的远气体端的反应气体浓度更高，因此近气体端和远气体端的表面沉积速率不同，在近气体端的沉积速率会比远气体端的沉积速率较高，从而造成石墨烯不均匀沉积。

且由于氢气和甲烷具有一定的危险性。目前较为先进的方法是在真空下将可燃性气体，例如氢气和甲烷通入高温加热炉中实现制备，这样就要对设备的密闭性提出了较高要求，现有的制备石墨烯的化学气相沉积装置是采用在高温加热炉上设置真空系统来实现真空气氛下石墨烯的制备，但是由于高温加热炉大多采用石英管，在真空系统进行制备的过程中，管壁处于热壁式的反应过程，其管壁中会有较多的颗粒沉积，且这些颗粒沉积不易清洁，造成污染。

实用新型内容

为了解决上述技术问题是，本实用新型提供了一种带滑轨的用于制备石墨烯的化学气相沉积装置，通过设置抽气装置以及分段加热装置，从而气体能够均匀分配进而使得石墨烯均匀沉积，同时通过设置抽气装置，使得外部带入的微细颗粒被及时抽走，减少炉管的颗粒沉积，以解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，一种带滑轨的用于制备石墨烯的化学气相沉积装置，包括一石英管，所述石英管输入端通过第一法兰连接有充气系统，所述石英管输出端通过法兰分别连接有气压调节器和真空系统，所述石英管外包围有分段加热装置，所述分段加热装置包括第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置和第二加热装置下方设有滑轨，滑轨上设有可以在该滑轨上滑动的第一滑块和第二滑块，所述第一滑块和第二滑块分别固定连接有第一电机和第二电机，第一电机和第二电机输出转轴均固定有锥齿轮，所述第一加热装置和第二加热装置上设有与该锥齿轮的齿纹啮合的斜齿圈，该锥齿轮转动时通过与斜齿圈啮合带动所述第一加热装置和第二加热装置绕石英管轴向旋转，所述滑轨两端设有两伸缩气缸，所述两伸缩气缸分别推动滑块第一滑块和第二滑块在滑轨上滑动，进而推动所述第一加热装置和第二加热装置相对所述石英管水平移动。

进一步的 ，所述石英管输出端还连接有抽气装置，所述抽气装置由阀门和气泵组成，所述阀门两端通过导管分别与气泵和石英管输出端连接。

进一步的，为了均匀加热，石英管的中部设有限位凸环，所述第一加热装置设置在限位凸环的左侧，所述第二加热装置设置在限位凸环的右侧，且所述第一加热装置和第二加热装置均为管式加热装置，所述石英管的输入端外露出所述第一加热装置的左侧，所述石英管的输出端外露出所述第二加热装置的右侧。

更进一步的，所述石英管的限位凸环上开设有配气环，所述配气环通过送气管道与充气系统连接，所述配气环上均匀设置有多个喷嘴。

进一步的，所述的第一加热装置和第二加热装置均为气氛炉。

进一步的，为了所述充气系统包括反应气体源、气体流量控制器、由管道和阀门构成的气体输送装置。

进一步的，所述真空系统包括以串联方式相连的真空机械泵和罗茨泵，该罗茨泵通过一气动阀连接至石英管。

进一步的，所述石英管输出端通过法兰连接一不锈钢导管一端，所述不锈钢导管上设有真空质量流量计，所述不锈钢导管另一端连接至所述真空系统。

进一步的，所述气压调节器连接在不锈钢导管中部，所述气压调节器包括一单向阀，所述单向阀输入端连接该不锈钢导管，所述单向阀输出端连接有一橡胶导管，所述橡胶导管输出口浸没在一锥形瓶内。

更进一步的，所述单向阀由密封法兰、过压阀、弹簧和橡皮圈组成，所述密封法兰连接不锈钢导管，所述弹簧连接密封法兰和过压阀，所述过压阀和密封法兰连接处设有橡皮圈，过压阀在弹簧张力下紧压密封法兰。