一种可持续制备石墨烯的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种可持续制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气循环装置，所述进气装置包括了进气管、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管、设置在铜管上的感应线圈、与感应线圈相连的高频感应加热设备、多个镍铬铁合金托盘和多个金属多孔板；所述反应装置的底部和顶部分别设有进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门；所述尾气循环装置包括了气体分离器A、气体分离器B和排气管。该装置多层结构使得石墨烯的产量高，达到工业生产的标准，同时对反应气体进行回收再利用，使得生成石墨烯的反应能持续进行，降低了生产成本，在一定程度上保护了环境。

【技术实现步骤摘要】
一种可持续制备石墨烯的装置
本技术涉及一种可持续制备石墨烯的装置。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯在制作锂电池负极时，可以在两面镶嵌锂离子，从而具有普通碳材料两倍甚至更多的比容量，同时石墨烯的微观褶皱表面提供了锂离子额外的存储空间。碳化硅外延生长法制备石墨烯是以SiC单晶片为原料，进行去氧化物处理，然后在高温（通常>1400℃）和超高真空（通常<10-6Pa）（或氩气等稀有气体保护气氛）条件下使其表层中的Si原子蒸发，表面剩下的C原子通过自组形势发生重构，即可得到基于SiC单晶基底的石墨烯，被广泛认为是实现石墨烯在大规模集成电路中应用的唯一途径。目前，碳化硅外延生长法制备石墨烯的设备达不到工业生产的标准，生产的石墨烯的量较少，并且参与反应的氢气、硅烷气和氩气一般都被处理浪，不能回收在重复利用，造成大量的浪费，提高了生成成本，并且也会对环境造成不好的影响。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可持续制备石墨烯的装置。本技术的目的通过以下技术方案来实现：一种可持续制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气循环装置，其特征在于：所述进气装置包括了进气管、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管、设置在铜管上的感应线圈、与感应线圈相连的高频感应加热设备、多个镍铬铁合金托盘和多个金属多孔板；所述反应装置的底部和顶部分别设有进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A和远端的机械泵；所述反应装置的出气口设有一个分子泵B；所述尾气循环装置包括了气体分离器A、气体分离器B和排气管。优选地，所述铜管需要进行绝缘处理，所述感应线圈设置在所述铜管之上后需要用绑绕耐高温绝缘胶带。优选地，所述镍铬铁合金托盘两侧焊接在所述金属多孔板上，所述金属多孔板与所述铜管为可拆卸式连接。优选地，所述气体流量控制器组件包括了氢气气源、硅烷气源及氩气气源流量控制器，分别在进气口设置了氢气气源控制阀门、硅烷气源控制阀门和氩气源控制阀门。优选地，所述高频感应加热设备在通电情况下，可以使得反应装置内的金属和反应物质在互感电流的作用下加热到1000℃-1200℃。优选地，所述反应装置外侧设有冷却管，其材质为纤维增强塑料软管，通过软管与水箱连接。优选地，所述气体分离器A设置了氢气、硅烷气和氩气混合气气源的入口，氢气出口，硅烷气、氩气混合气出口，分离器外壳，和过滤膜；所述氢气出口接入冷却器A，所述冷却器A直接接入了氢气气源流量控制器。优选地，所述气体分离器B设置了硅烷气、氩气混合气气源的入口，硅烷气出口，氩气出口，分离器外壳，和过滤膜；所述硅烷气出口和所述氩气出口分别接入了冷却器B和冷却器C；所述冷却器B直接接入硅烷气源流量控制器；所述冷却器C直接接入氩气气源流量控制器。本技术具有以下优点：该技术提出的一种碳化硅外延生长法制备石墨烯的设备通过多层结构使得石墨烯的产量高，达到工业生产的标准，同时对反应气体进行回收再利用，使得生成石墨烯的反应能持续进行，降低了生产成本，在一定程度上保护了环境。附图说明图1为本技术的结构示意图；图中：1-进气管，2-氢气气源流量控制器，3-硅烷气源流量控制器，4-氩气气源流量控制器，5-氢气气源控制阀门A5，6-硅烷气源控制阀门，7-氩气气源控制阀门，8-金属多孔板，9-铜管A，10-感应线圈，11-高频感应加热设备，12-机械泵，13-分子泵A，14-机械泵阀门，15-分子泵A阀门，16-分子泵B，17-排气管，18-气体分离器A，19-氢气、硅烷气和氩气混合气流，20-氢气出口，21-硅烷气、氩气混合气出口，22-过滤膜A，23-气体分离器B，24-硅烷气出口，25-氩气出口，26-过滤膜B，27-冷却器C，28-冷却器B，29-冷却器A，30-水箱，31-冷却管，32-镍铬铁合金托盘。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的描述，但本技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种可持续制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气处理装置，其特征在于：所述进气装置包括了进气管1、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管9、设置在铜管上的感应线圈10、与感应线圈相连的高频感应加热设备11、多个镍铬铁合金托盘32和多个金属多孔板8；所述反应装置的底部和顶部分别设有多个进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A13和远端的机械泵12；所述反应装置的出气口设有一个分子泵B16；所述尾气循环装置包括了气体分离器A18、气体分离器B23和排气管17。优选地，所述铜管9需要进行绝缘处理，所述感应线圈10设置在所述铜管9之上后需要用绑绕耐高温绝缘胶带。优选地，所述镍铬铁合金托盘32两侧焊接在所述金属多孔板8上，所述金属多孔板8与所述铜管9为可拆卸式连接。优选地，所述气体流量控制器组件包括了氢气气源2、硅烷气源3及氩气气源4流量控制器，分别在进气口设置了氢气气源控制阀门5、硅烷气源控制阀门6和氩气源控制阀门7。优选地，所述高频感应加热设备11在通电情况下，可以使得反应装置内的金属和反应物质在互感电流的作用下加热到800℃-1800℃。优选地，所述反应装置外侧设有冷却管23，其材质为纤维增强塑料软管，所述冷却管23与水箱24连接。优选地，所述气体分离器A18设置了氢气、硅烷气和氩气混合气气源的入口19，氢气出口20，硅烷气、氩气混合气出口21，分离器外壳A，和过滤膜A22；所述氢气出口接入冷却器A18，所述冷却器A18直接接入了氢气气源流量控制器。优选地，所述气体分离器B23设置了硅烷气、氩气混合气气源的入口，硅烷气出口24，氩气出口25，分离器外壳B，和过滤膜B26；所述硅烷气出口24和所述氩气25出口分别接入了冷却器B28和冷却器C17；所述冷却器B28直接接入硅烷气源流量控制器3；所述冷却器C27直接接入氩气气源流量控制器4。本技术的工作过程如下：优选地，先将零偏双抛单晶4H-SiC作为衬底，放置在镍铬铁合金盘32上，打开机械泵阀门，利用机械泵12先对反应装置进行初步抽真空；然后关闭分子泵A13阀门，再利用分子泵A13对反应装置进行再次抽真空，确保装置内达到完全真空的状态，关闭分子泵A13的阀门。将碳化硅衬底表面进行氢刻蚀，调节氢气气源流量控制器2，通入氢气量：90L/min，利用感应线圈将碳化硅衬底加热到1600℃,保持温度60min，以去除杂质和使衬底出现平行状的台阶状结构。调节氢气气源流量控制器2，再通入流量为20L/min的氢气，温度降至1000℃，保持15min；停止通氢气，调节硅烷气源流量控制器3，再通入流量为0.5L/min的硅烷流，再降温至850℃，保持10min；停止通入硅烷流，调节氩气气源流量控制器4通入2L/min的氩气流，升温至1000℃，保持5min；升温至1100℃，保持5min；升温至1250℃，保持10min，为衬底重构过程。调节氩气气源流量控制器4在通入2L/min的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可持续制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气循环装置，其特征在于：所述进气装置包括了进气管、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管、设置在铜管上的感应线圈、与感应线圈相连的高频感应加热设备、多个镍铬铁合金托盘和多个金属多孔板；所述反应装置的底部和顶部分别设有进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A和远端的机械泵；所述反应装置的出气口设有一个分子泵B；所述尾气循环装置包括了气体分离器A、气体分离器B和排气管。

【技术特征摘要】
1.一种可持续制备石墨烯的装置，包括了进气装置、反应装置和尾气循环装置，其特征在于：所述进气装置包括了进气管、气体流量控制器组件及控制阀门组件；所述反应装置包括了设置在反应装置内壁上铜管、设置在铜管上的感应线圈、与感应线圈相连的高频感应加热设备、多个镍铬铁合金托盘和多个金属多孔板；所述反应装置的底部和顶部分别设有进气口和出气口；所述反应装置的左侧设有抽气阀门，接入离所述反应装置近端的分子泵A和远端的机械泵；所述反应装置的出气口设有一个分子泵B；所述尾气循环装置包括了气体分离器A、气体分离器B和排气管。2.根据权利要求1所述的一种可持续制备石墨烯的装置，其特征在于：所述铜管需要进行绝缘处理，所述感应线圈设置在所述铜管之上后需要用绑绕耐高温绝缘胶带。3.根据权利要求1所述的一种可持续制备石墨烯的装置，其特征在于：所述镍铬铁合金托盘两侧焊接在所述金属多孔板上，所述金属多孔板与所述铜管为可拆卸式连接。4.根据权利要求1所述的一种可持续制备石墨烯的装置，其特征在于：所述气体流量控制器组件包括了氢气气源、硅烷气源及氩气气源流量控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴翀，魏欣，魏泽忠，
申请(专利权)人：成都格莱飞科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51