[发明专利]一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法

说明书

本发明涉及一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，包括以下步骤，S1，加热喷头；S2，惰性气体和还原气体分别通过喷头喷射催化剂衬底；S3，驱动装置驱动喷头相对催化剂衬底进行三维移动，惰性气体、还原气体和反应气体分别通过喷头喷射催化剂衬底。通过加热喷头成为高温的喷头，还原气体和反应气体通过高温的喷头后会成为高温还原气体和高温反应气体，无需为催化剂衬底加热即可提供良好的反应条件。高温反应气体在还原气体作用下裂解，生成单个纳米材料“像素点”。随着驱动装置分别驱动喷头和催化剂衬底，便可在催化剂衬底上快速打印出所需图案的纳米材料产品，提升了纳米材料的均匀性和可操作性，可以实现定制化生产。

技术领域

本发明涉及纳米增材制造技术领域，特别是涉及一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法。

背景技术

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。纳米材料按照尺度分为：二维纳米材料、一维纳米材料和零维纳米材料。常见的二维纳米材料有石墨烯等，常见的一维纳米材料有碳纳米管等，常见的零维纳米材料有碳微球等。由于晶体结构特异，纳米材料在众多领域具有独特优势。以石墨烯为例，其因力学、电学和光学特性优异而受到广泛关注。

化学气相沉积法是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质，在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法，可用于制备多种纳米材料，如石墨烯、碳纳米管等。该方法制备工艺简单、成本较低，且能生产出高透光率、高质量、高纯度的纳米材料，所需设备一般为管式炉。该方法通过管式炉提供高温，使反应气体(如CH₄)在还原气体(如H₂)作用下裂解，在惰性气体保护和催化剂衬底作用下生成纳米材料。但传统化学气相沉积法制备纳米材料存在反应缓慢、耗时长、能耗高、生成产物不均匀、无法定制化生产等缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，其能够快速打印成所需图案的纳米材料产品，保留了纳米材料高质量和高纯度的优异特性，提升了纳米材料的均匀性和可操作性，可以实现定制化生产。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于化学气相沉积法的纳米材料打印方法，包括以下步骤，

S1，加热喷头；

S2，惰性气体和还原气体分别通过喷头喷射催化剂衬底；

S3，驱动装置驱动喷头相对催化剂衬底进行三维移动，惰性气体、还原气体和反应气体分别通过喷头喷射催化剂衬底。

进一步，S1之前还包括步骤S1a，将喷头和催化剂衬底置于密封箱体内，为密封箱体抽真空，使密封箱体内产生负压。

进一步，S1前还包括步骤S1b，喷头的喷口与催化剂衬底之间距离设置为0.01～2mm。

进一步，S1前还包括步骤S1c，将喷头的陶瓷气体喷管和套接于陶瓷气体喷管外的石墨加热件之间设置为间隙配合。

进一步，S1前还包括步骤S1d，在喷头的石墨加热件与套接于石墨加热件外的隔热层之间填充惰性气体。

进一步，S1包括以下步骤，以20～100℃/min的升温速度将喷头快速加热至设定温度值的60～85％，然后以2～10℃/min的升温速度继续将喷头加热至设定温度值。

进一步，S2包括以下步骤，纯度为99.5～99.99％的惰性气体通过喷头以100～10000sccm的流速喷射于催化剂衬底，喷射持续时间为0.05～0.5h。

进一步，S2包括以下步骤，纯度为99～99.99％的还原气体通过喷头以5～500sccm的流速喷射于催化剂衬底，喷射持续时间为0.01～0.3h。