CN208150972U - 一种适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，包括炉体，炉体内设有供料机构、切换机构、推动机构和加热机构，供料机构包括升降组件、平板、供料组件和收集组件，供料组件包括两个支撑单元和若干供料单元，收集组件包括两个支杆和若干斜板，切换机构包括第一电机、转盘和收纳盒，该适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置通过供料机构在炉体内提供多个基片，由升降组件改变基片的高度位置，通过推动机构将基片***切换机构中的收纳盒中，通过切换机构改变基片的位置，由加热机构对基片加热，便于气体反应沉积在基片表面，制备石墨烯，而后通过收集组件对基片进行收集，如此循环，实现了批量的石墨烯制备。

Description

一种适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置

技术领域

本实用新型涉及新材料生产设备领域，特别涉及一种适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以特定方式形成的蜂窝平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。目前石墨烯常见的粉体生产方法为机械玻璃法、氧化还原法、碳化硅外延生长法等，薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)，其中CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯，满足规模化制备高质量石墨烯的要求。

CVD法在制备石墨烯时，通常以镍为基片，在沉积炉中通入含碳气体，如：碳氢化合物，碳在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面，形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。由石墨烯的制备方法可得，石墨烯主要沉积在基片的表面，而现有的气相沉积反应炉中由于无法对批量基片进行加热，导致装置内只能容纳一片基片，从而减少了石墨烯的沉积面积，降低了石墨烯的产量，同时在制备过程中，当基片上的石墨烯沉积完全后，还需要关闭电源，等待降温后，取出石墨烯进行剥离操作，导致石墨烯的制备工作十分繁琐。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，包括炉体、炉盖、进气管、出气管和控制器，所述炉盖设置在炉体的上方，所述进气管设置在炉体的一侧，所述出气管和控制器均设置在炉体的另一侧，所述控制器位于出气管的上方，所述控制器上设有显示屏和若干控制按键，所述炉体内设有供料机构、切换机构、推动机构和加热机构，所述加热机构和推动机构均设置在炉体的靠近进气管的一侧的内壁上，所述加热机构位于推动机构的上方，所述供料机构设置在炉体内的底部，所述切换机构设置在供料机构的上方；

所述供料机构包括升降组件、平板、供料组件和收集组件，所述升降组件设置在平板的下方，所述供料组件设置在平板的上方的靠近进气管的一侧，所述收集组件设置在平板的上方另一侧，所述供料组件包括两个支撑单元和若干供料单元，所述供料单元从上而下均匀分布在两个支撑单元之间，所述支撑单元包括两个竖杆，所述竖杆的底端固定在平板上，所述供料单元包括基片和两个托杆，所述托杆与支撑单元一一对应，所述托杆的两端分别与两个竖杆固定连接，所述基片架设在两个托杆上；

所述收集组件包括两个支杆和若干斜板，所述支杆的底端固定在平板上，所述斜板从上而下均匀分布在两个支杆之间，所述斜板的两端分别与两个支杆固定连接，所述斜板的远离切换机构的一端设有限位板；

所述切换机构设置在供料组件和收集组件之间，所述切换机构包括第一电机、转盘和收纳盒，所述第一电机固定在炉体的内壁上，所述第一电机与转盘传动连接，所述收纳盒固定在转盘上，所述第一电机为步进电机，所述第一电机的步距角为90°。

作为优选，为了带动平板升降，所述升降组件包括驱动单元、固定块、移动块、伸缩架、铰接块、滑环和滑轨，所述固定块固定在炉体内的底部，所述驱动单元与移动块传动连接，所述滑轨的形状为U形，所述滑轨的两端和铰接块均固定在平板的下方，所述滑环套设在滑轨上，所述伸缩架的底端的两侧分别与固定块和移动块铰接，所述伸缩架的顶端的两侧分别与铰接块和滑环铰接。

作为优选，为了驱动移动块移动，所述驱动单元包括第二电机和第二驱动轴，所述第二电机位于移动块的远离固定块的一侧，所述第二电机固定在炉体内的底部，所述第二驱动轴设置在第二电机和固定块之间，所述第二电机与第二驱动轴传动连接，所述第二驱动轴的外周设有外螺纹，所述移动块套设在第二驱动轴上，所述移动块内设有内螺纹，所述移动块内的内螺纹与第二驱动轴上的外螺纹相匹配。

作为优选，为了便于检测平板与炉体内的底部的距离，所述平板的下方设有距离传感器。

作为优选，为了使平板水平升降，所述供料机构还包括定位杆，所述定位杆的底端固定在炉体内的底部，所述平板套设在定位杆上。

作为优选，为了将供料组件内的基片推入收纳盒内，所述推动机构包括第三电机、第一连杆、第二连杆、第三连杆和推块，所述第三电机固定在炉体的内壁上，所述第三电机与第一连杆的一端传动连接，所述第一连杆的另一端通过第二连杆与第三连杆的一端铰接，所述第三连杆的另一端与推块固定连接。

作为优选，为了固定第三连杆的移动方向，所述推动机构包括固定环，所述固定环固定在炉体的内壁上，所述固定环套设在第三连杆上。

作为优选，为了实现对基片的加热，所述加热机构包括第四电机、驱动轮、固定轴、框架和红外灯管，所述第四电机固定在炉体的内壁上，所述第四电机与驱动轮传动连接，所述固定轴固定在驱动轮上，所述固定轴设置在框架内，所述红外灯管固定在框架的靠近切换机构的一侧。

作为优选，为了使红外灯管平稳地升降，所述加热机构还包括限位环和支架，所述支架的形状为U形，所述支架的两端固定在炉体的内壁上，所述限位环套设在支架上，所述限位环固定在框架的远离红外灯管的一侧。

作为优选，为了防止框架脱离固定轴，所述固定轴的远离驱动轮的一端设有凸板。

本实用新型的有益效果是，该适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置通过供料机构在炉体内提供多个基片，由升降组件改变基片的高度位置，通过推动机构将基片***切换机构中的收纳盒中，通过切换机构改变基片的位置，由加热机构对基片加热，便于气体反应沉积在基片表面，制备石墨烯，而后通过收集组件对基片进行收集，如此循环，实现了批量的石墨烯制备，与现有的供料机构相比，该供料机构在提高多个基片反应沉积的同时，还便于对沉积完成的基片进行收集，从而提高了设备的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置的结构示意图；

图2是本实用新型的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置的供料机构的结构示意图；

图3是本实用新型的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置的推动机构的结构示意图；

图4是本实用新型的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置的加热机构的结构示意图；

图中：1.炉体，2.炉盖，3.进气管，4.出气管，5.控制器，6.显示屏，7. 控制按键，8.平板，9.竖杆，10.基片，11.托杆，12.支杆，13.斜板，14.限位板，15.第一电机，16.转盘，17.收纳盒，18.固定块，19.移动块，20.伸缩架， 21.铰接块，22.滑环，23.滑轨，24.第二电机，25.第二驱动轴，26.距离传感器，27.定位杆，28.第三电机，29.第一连杆，30.第二连杆，31.第三连杆，32. 推块，33.固定环，34.第四电机，35.驱动轮，36.固定轴，37.框架，38.红外灯管，39.限位环，40.支架，41.凸板。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，一种适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，包括炉体1、炉盖2、进气管3、出气管4和控制器5，所述炉盖2设置在炉体1的上方，所述进气管3设置在炉体1的一侧，所述出气管4和控制器5均设置在炉体1的另一侧，所述控制器5位于出气管4的上方，所述控制器5上设有显示屏6和若干控制按键7，所述炉体1内设有供料机构、切换机构、推动机构和加热机构，所述加热机构和推动机构均设置在炉体1的靠近进气管3的一侧的内壁上，所述加热机构位于推动机构的上方，所述供料机构设置在炉体1内的底部，所述切换机构设置在供料机构的上方；

该反应沉积装置在制备石墨烯时，将反应气体通入炉体1内，通过控制器5 上的控制按键7操作设备运行，炉体1内部，由供料机构提供反应材料并将反应生成的石墨烯进行收集，由推动机构将供料机构中的反应材料推向切换机构，切换机构调整反应材料的位置，方便加热机构对反应材料进行加热，使气体与反映材料发生气相反应沉积，而后切换机构调整位置，由供料机构将反应制备的石墨烯进行收集，同时反应剩余的气体从出气管4排出。

如图2所示，所述供料机构包括升降组件、平板8、供料组件和收集组件，所述升降组件设置在平板8的下方，所述供料组件设置在平板8的上方的靠近进气管3的一侧，所述收集组件设置在平板8的上方另一侧，所述供料组件包括两个支撑单元和若干供料单元，所述供料单元从上而下均匀分布在两个支撑单元之间，所述支撑单元包括两个竖杆9，所述竖杆9的底端固定在平板8上，所述供料单元包括基片10和两个托杆11，所述托杆11与支撑单元一一对应，所述托杆11的两端分别与两个竖杆9固定连接，所述基片10架设在两个托杆 11上；

所述收集组件包括两个支杆12和若干斜板13，所述支杆12的底端固定在平板8上，所述斜板13从上而下均匀分布在两个支杆12之间，所述斜板13的两端分别与两个支杆12固定连接，所述斜板13的远离切换机构的一端设有限位板13；

在供料机构中，将基片10放置于两个托杆11上，使得反应时供料组件能够提供多个沉积用的基片10，通过升降组件改变平板8的高度位置，使平板8 上方的其中一个基片10与推动机构保持同一高度，由推动机构将该基片10推入切换机构中，通过切换机构带动基片10旋转，使基片10做逆时针转动，当基片10由水平位置转动至竖向位置时，加热机构对基片10进行加热，使气体进行沉积反应，通过控制器5上的控制按键7设置反应时间，当到达反应时间后，切换机构继续带动沉积完成的基片10转动，使基片10向下倾斜，此时基片10落入收集组件中的斜板13上，利用限位板13阻挡基片10继续下滑，从而固定基片10的位置，实现了供料机构提供反应原料并将生成的石墨烯进行收集的功能。

所述切换机构设置在供料组件和收集组件之间，所述切换机构包括第一电机15、转盘16和收纳盒17，所述第一电机15固定在炉体1的内壁上，所述第一电机15与转盘16传动连接，所述收纳盒17固定在转盘16上，所述第一电机15为步进电机，所述第一电机15的步距角为90°。

切换机构内，由第一电机15带动转盘16转动，使得收纳盒17沿转盘16 的外周转动，当收纳盒17水平且收纳盒17的开口对准收集组件时，由推动机构将供料组件中的其中一个基片10推入收纳盒17，而后第一电机15带动转盘 16逆时针旋转90°，使水平的基片10角度转变为垂直，便于加热机构进行加热，在反应一段时间后，第一电机15继续转动，直至收纳盒17中的基片10受重力作用影响向下滑落，直至落在收集组件中的斜板13上，而后继续转动，直至收纳盒17完成一个圆周运动，使收纳盒17的开口对准供料组件中的下一个基片10，从而方便设备逐一对基片10进行加热，发生沉积反应，进而实现批量制备石墨烯。

如图2所示，所述升降组件包括驱动单元、固定块18、移动块19、伸缩架 20、铰接块21、滑环22和滑轨23，所述固定块18固定在炉体1内的底部，所述驱动单元与移动块19传动连接，所述滑轨23的形状为U形，所述滑轨23的两端和铰接块21均固定在平板8的下方，所述滑环22套设在滑轨23上，所述伸缩架20的底端的两侧分别与固定块18和移动块19铰接，所述伸缩架20的顶端的两侧分别与铰接块21和滑环22铰接。

升降组件内，通过驱动单元带动移动块19移动，改变移动块19和固定块 18之间的距离，使伸缩架20伸长或缩短，使滑环22在滑轨23上滑动，从而通过铰接块21和滑轨23带动平板8进行升降，改变斜板13和基片10的高度位置，便于将未反应的基片10推入收纳盒17中以及将沉积完成的基片10放入斜板13上。

作为优选，为了驱动移动块19移动，所述驱动单元包括第二电机24和第二驱动轴25，所述第二电机24位于移动块19的远离固定块18的一侧，所述第二电机24固定在炉体1内的底部，所述第二驱动轴25设置在第二电机24和固定块18之间，所述第二电机24与第二驱动轴25传动连接，所述第二驱动轴25 的外周设有外螺纹，所述移动块19套设在第二驱动轴25上，所述移动块19内设有内螺纹，所述移动块19内的内螺纹与第二驱动轴25上的外螺纹相匹配。第二电机24运行，带动第二驱动轴25旋转，使第二驱动轴25上的螺纹作用于移动块19内的内螺纹，驱动移动块19沿着第二驱动轴25的轴向方向移动，改变移动块19和固定块18之间的距离。

作为优选，为了便于检测平板8与炉体1内的底部的距离，所述平板8的下方设有距离传感器26。

作为优选，为了使平板8水平升降，所述供料机构还包括定位杆27，所述定位杆27的底端固定在炉体1内的底部，所述平板8套设在定位杆27上。通过定位杆27固定平板8的升降方向，使平板8按照固定的轨迹进行升降。

如图3所示，所述推动机构包括第三电机28、第一连杆29、第二连杆30、第三连杆31和推块32，所述第三电机28固定在炉体1的内壁上，所述第三电机28与第一连杆29的一端传动连接，所述第一连杆29的另一端通过第二连杆 30与第三连杆31的一端铰接，所述第三连杆31的另一端与推块32固定连接。

第三电机28运行，带动第一连杆29圆周运动，从而通过第二连杆30带动第三连杆31往复运动，在第三连杆31向供料组件移动的同时，通过推块32将托杆11上的基片10推入收纳盒17中。

作为优选，为了固定第三连杆31的移动方向，所述推动机构包括固定环33，所述固定环33固定在炉体1的内壁上，所述固定环33套设在第三连杆31上。利用固定环33固定了第三连杆31的移动方向，使第三连杆31能够沿着水平的方向进行往复移动。

如图4所示，所述加热机构包括第四电机34、驱动轮35、固定轴36、框架 37和红外灯管38，所述第四电机34固定在炉体1的内壁上，所述第四电机34 与驱动轮35传动连接，所述固定轴36固定在驱动轮35上，所述固定轴36设置在框架37内，所述红外灯管38固定在框架37的靠近切换机构的一侧。

加热机构内，由第四电机34带动驱动轮35做圆周运动，使固定轴36沿着驱动轮35的轴线转动，改变固定轴36的高度位置，从而驱动框架37升降，框架37带动红外灯管38进行升降，红外灯管38发射红外线，照射基片10的不同位置，基片10吸收红外线，温度升高，便于通入炉体1的气体发生反应，使石墨烯沉积在气体表面。

作为优选，为了使红外灯管38平稳地升降，所述加热机构还包括限位环39 和支架40，所述支架40的形状为U形，所述支架40的两端固定在炉体1的内壁上，所述限位环39套设在支架40上，所述限位环39固定在框架37的远离红外灯管38的一侧。

利用支架40固定了限位环39的滑动方向，使框架37带动红外灯管38沿着固定的方向进行升降，从而保证了红外灯管38的平稳移动。

作为优选，为了防止框架37脱离固定轴36，所述固定轴36的远离驱动轮 35的一端设有凸板41。利用凸板41限制了框架37的活动范围，从而防止框架 37脱离固定轴36。

该化学气相反应沉积装置通过供料组件提供多个基片10，利用推动机构将基片10***切换机构中的收纳盒17中，由切换机构带动基片10转动，通过加热机构对基片10加热，便于气体发生气相反应，使石墨烯沉积在基片10表面，在制备完成后，切换机构继续带动基片10转动，由收集组件将沉积完成的基片10进行收集，如此循环，使设备逐一对基片10进行反应沉积，从而实现了批量的石墨烯制备。

与现有技术相比，该适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置通过供料机构在炉体1内提供多个基片10，由升降组件改变基片10的高度位置，通过推动机构将基片10***切换机构中的收纳盒17中，通过切换机构改变基片 10的位置，由加热机构对基片10加热，便于气体反应沉积在基片10表面，制备石墨烯，而后通过收集组件对基片10进行收集，如此循环，实现了批量的石墨烯制备，与现有的供料机构相比，该供料机构在提供多个基片10反应沉积的同时，还便于对沉积完成的基片10进行收集，从而提高了设备的实用性。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，包括炉体(1)、炉盖(2)、进气管(3)、出气管(4)和控制器(5)，所述炉盖(2)设置在炉体(1)的上方，所述进气管(3)设置在炉体(1)的一侧，所述出气管(4)和控制器(5)均设置在炉体(1)的另一侧，所述控制器(5)位于出气管(4)的上方，所述控制器(5)上设有显示屏(6)和若干控制按键(7)，其特征在于，所述炉体(1)内设有供料机构、切换机构、推动机构和加热机构，所述加热机构和推动机构均设置在炉体(1)的靠近进气管(3)的一侧的内壁上，所述加热机构位于推动机构的上方，所述供料机构设置在炉体(1)内的底部，所述切换机构设置在供料机构的上方；

所述供料机构包括升降组件、平板(8)、供料组件和收集组件，所述升降组件设置在平板(8)的下方，所述供料组件设置在平板(8)的上方的靠近进气管(3)的一侧，所述收集组件设置在平板(8)的上方另一侧，所述供料组件包括两个支撑单元和若干供料单元，所述供料单元从上而下均匀分布在两个支撑单元之间，所述支撑单元包括两个竖杆(9)，所述竖杆(9)的底端固定在平板(8)上，所述供料单元包括基片(10)和两个托杆(11)，所述托杆(11)与支撑单元一一对应，所述托杆(11)的两端分别与两个竖杆(9)固定连接，所述基片(10)架设在两个托杆(11)上；

所述收集组件包括两个支杆(12)和若干斜板(13)，所述支杆(12)的底端固定在平板(8)上，所述斜板(13)从上而下均匀分布在两个支杆(12)之间，所述斜板(13)的两端分别与两个支杆(12)固定连接，所述斜板(13)的远离切换机构的一端设有限位板(14)；

所述切换机构设置在供料组件和收集组件之间，所述切换机构包括第一电机(15)、转盘(16)和收纳盒(17)，所述第一电机(15)固定在炉体(1)的内壁上，所述第一电机(15)与转盘(16)传动连接，所述收纳盒(17)固定在转盘(16)上，所述第一电机(15)为步进电机，所述第一电机(15)的步距角为90°。

2.如权利要求1所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述升降组件包括驱动单元、固定块(18)、移动块(19)、伸缩架(20)、铰接块(21)、滑环(22)和滑轨(23)，所述固定块(18)固定在炉体(1)内的底部，所述驱动单元与移动块(19)传动连接，所述滑轨(23)的形状为U形，所述滑轨(23)的两端和铰接块(21)均固定在平板(8)的下方，所述滑环(22)套设在滑轨(23)上，所述伸缩架(20)的底端的两侧分别与固定块(18)和移动块(19)铰接，所述伸缩架(20)的顶端的两侧分别与铰接块(21)和滑环(22)铰接。

3.如权利要求2所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述驱动单元包括第二电机(24)和第二驱动轴(25)，所述第二电机(24)位于移动块(19)的远离固定块(18)的一侧，所述第二电机(24)固定在炉体(1)内的底部，所述第二驱动轴(25)设置在第二电机(24)和固定块(18)之间，所述第二电机(24)与第二驱动轴(25)传动连接，所述第二驱动轴(25)的外周设有外螺纹，所述移动块(19)套设在第二驱动轴(25)上，所述移动块(19)内设有内螺纹，所述移动块(19)内的内螺纹与第二驱动轴(25)上的外螺纹相匹配。

4.如权利要求1所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述平板(8)的下方设有距离传感器(26)。

5.如权利要求1所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述供料机构还包括定位杆(27)，所述定位杆(27)的底端固定在炉体(1)内的底部，所述平板(8)套设在定位杆(27)上。

6.如权利要求1所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述推动机构包括第三电机(28)、第一连杆(29)、第二连杆(30)、第三连杆(31)和推块(32)，所述第三电机(28)固定在炉体(1)的内壁上，所述第三电机(28)与第一连杆(29)的一端传动连接，所述第一连杆(29)的另一端通过第二连杆(30)与第三连杆(31)的一端铰接，所述第三连杆(31)的另一端与推块(32)固定连接。

7.如权利要求6所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述推动机构包括固定环(33)，所述固定环(33)固定在炉体(1)的内壁上，所述固定环(33)套设在第三连杆(31)上。

8.如权利要求1所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述加热机构包括第四电机(34)、驱动轮(35)、固定轴(36)、框架(37)和红外灯管(38)，所述第四电机(34)固定在炉体(1)的内壁上，所述第四电机(34)与驱动轮(35)传动连接，所述固定轴(36)固定在驱动轮(35)上，所述固定轴(36)设置在框架(37)内，所述红外灯管(38)固定在框架(37)的靠近切换机构的一侧。

9.如权利要求8所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述加热机构还包括限位环(39)和支架(40)，所述支架(40)的形状为U形，所述支架(40)的两端固定在炉体(1)的内壁上，所述限位环(39)套设在支架(40)上，所述限位环(39)固定在框架(37)的远离红外灯管(38)的一侧。

10.如权利要求8所述的适用于批量制备石墨烯的化学气相反应沉积装置，其特征在于，所述固定轴(36)的远离驱动轮(35)的一端设有凸板(41)。