[发明专利]一种生产石墨烯的装置及利用该装置生产石墨烯的方法

说明书

本发明提出一种生产石墨烯的装置及利用该装置生产石墨烯的方法，包括空腔体、基板、减压部件、供气单元和主加热单元，空腔体两侧的下方设有减压部件，主加热单元内侧的包含空间内设有辅助加热单元，辅助加热单元包括第一辅助加热部件和第二辅助加热部件，先利用减压部件将空腔体内空气排出并放置基板，供气单元供气氛围气体和含碳气体，再利用主加热单元进行加热合成生产石墨烯；本发明通过辅助加热单元的可以将主加热单元散发的热能吸收，辅助加热单元的温度可以均匀升高为加热空间内的基板进行加热，石墨烯合成所需的温度可以在短时间内形成，有利于合成生产大面积的石墨烯，可以减少石墨烯合成后的冷却时间，可以提高生产效率。

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，尤其涉及一种生产石墨烯的装置及利用该装置生产石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲，并且石墨烯具有优良的导电和光学性能。石墨烯移动时，电子质量流动为零，另外，石墨烯对灰分的电子迁移率具有约20,000-50,000cm²/（V·s）的高值。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，化学气相沉积是由诸如铜或铂的催化剂金属制成的金属薄板放置在石墨烯合成室的内部空间中，或者将乙烷注入石墨烯合成室的内部空间，然后将石墨烯合成室的内部空间加热至高温在薄金属板的表面上合成石墨烯。

现有的使用化学气相沉积法合成石墨烯时，需要在高温、高真空环境中消耗较长时间进行合成石墨烯，合成速度慢，难以以经济有效的方式进行批量生产大面积的石墨烯片。因此，本发明提出一种生产石墨烯的装置及利用该装置生产石墨烯的方法，以解决现有技术中的不足之处。

发明内容

针对上述问题，本发明通过辅助加热单元的第一辅助加热部件和第二辅助加热部件可以将主加热单元散发的热能吸收，第一辅助加热部件和第二辅助加热部件的温度可以均匀升高为加热空间内的基板进行加热，石墨烯合成所需的温度可以在短时间内形成，同时加热稳定均匀，有利于合成生产大面积的石墨烯，通过该设置可以减少石墨烯合成后的冷却时间，可以提高生产效率。

本发明提出一种生产石墨烯的装置，包括空腔体、基板、减压部件、供气单元和主加热单元，所述空腔体为正六面体，所述空腔体内部形成一个包含空间，所述包含空间内部设有多组基板，所述空腔体两侧的下方设有减压部件，所述减压部件连通包含空间，所述空腔体两侧的上方设有供气单元，所述供气单元连通包含空间，所述供气单元用于供应含碳气体和气氛气体，所述包含空间内部的左右两侧、包含空间内部的上方以及包含空间内部的底部设有主加热单元，所述主加热单元内侧的包含空间内设有辅助加热单元，所述辅助加热单元设有多组，所述辅助加热单元包括第一辅助加热部件和第二辅助加热部件，所述第一辅助加热部件和第二辅助加热部件呈水平设置，所述第一辅助加热部件和第二辅助加热部件之间形成加热空间，所述基板位于加热空间内部。

进一步改进在于：所述供气单元通过管道设有气体供应喷头，所述气体供应喷头位于辅助加热单元开口处，所述气体供应喷头等距设有多组，多组所述气体供应喷头之间通过连接管连接，所述气体供应喷头通向基板。

进一步改进在于：所述基板为单层结构或双层结构中的一种，当所述基板为单层结构时，所述基板由基层构成，所述基板为双层结构时，所述基板由基层和金属层构成，且所述基层位于金属层下方。

进一步改进在于：所述基层由Si、氮化镓、SiO₂、Ni、Cu、W、氮化硅、氟化二氧化硅、氮化硼或MSQ中的一种材料制成。

进一步改进在于：所述金属层由金属材料Ni、Co、Fe、Pt、Au、Ag、Al、Cr、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、V、Pd、Y、Zr或W中的至少一种制成。