一种工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置的制作方法

本发明涉及新材料生产设备领域，特别涉及一种工作效率高的石墨烯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，通常以铜为基片，在反应炉内通入含碳气体和含氢气体，使气体在基片表面进行沉积反应生成石墨烯，但是现有的反应装置在使用过程中，难以精确调节控制含氢气体和含碳气体的比例，导致气体通入过多或过少，降低生产效率，不仅如此，随着反应的进行，除了在基片上会沉积石墨烯外，在出气管的内壁上也会附着各类杂质、粉尘等颗粒物，影响排气，当空气流通不畅时，反应炉中压强过大，容易发生爆炸等危险事故，进而导致石墨烯的生产制备存在一定的危险性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置，包括基座、控制器、动力机构、炉体、出气管和两个导气机构，所述控制器和炉体均固定在基座上，所述控制器内设有plc，所述出气管位于炉体的一侧，所述导气机构和动力机构均位于炉体的另一侧，所述动力机构位于两个导气机构之间，所述导气机构包括储气罐、导气管、导气室和入气管，所述储气罐通过导气管与导气室连通，所述导气室通过入气管与炉体连通，所述导气室内设有导气组件，所述出气管上设有排气口，所述出气管内设有信号处理电路；

所述导气组件包括导气轴、驱动组件、第一锥齿轮、两个扇叶和两个套环，两个套环分别固定在导气室的两侧的内壁上，所述导气轴的两端分别位于两个套环内，两个扇叶分别位于导气轴的两侧，所述第一锥齿轮套设在导气轴上，所述驱动组件与第一锥齿轮传动连接；

所述驱动组件包括驱动块、转盘、传动轴、第二锥齿轮、调节框和调节单元，所述转盘抵靠在驱动块上，所述驱动块的形状为圆锥形，所述转盘套设在传动轴上，所述第二锥齿轮固定在传动轴上，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，所述调节框的形状为u形，所述调节框的开口指向转盘，所述调节单元与调节框传动连接；

所述信号处理电路包括集成电路u1、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3，所述集成电路u1的型号为1b31，所述集成电路u1的传感器电源端通过电桥电路接地，所述集成电路u1的输入端与电桥电路连接，所述集成电路u1的负电源端外接-15v直流电压电源，所述集成电路u1的负电源端分别通过第一电容c1和第二电容c2接地，所述集成电路u1的公共端接地，所述集成电路u1的电源端外接15v直流电压电源，所述集成电路u1的基准端通过第三电容c3接地，所述集成电路u1的阀值端通过第五电阻r5与集成电路u1的333.3倍阀值端连接，所述集成电路u1的桥激励输出调节端通过第六电阻r6和第七电阻r7组成的串联电路与集成电路u1的可调端连接。

作为优选，为了驱动驱动块旋转，所述动力机构包括第二电机、第三锥齿轮和两个动力组件，所述第二电机固定在基座上，所述第二电机与plc电连接，所述第二电机与第三锥齿轮传动连接，所述动力组件与导气机构一一对应，所述动力组件包括第四锥齿轮和动力轴，所述第四锥齿轮通过动力轴与驱动块固定连接，所述第四锥齿轮与第三锥齿轮啮合。

作为优选，为了调节传动轴的转速，所述调节单元包括第三电机、缓冲块、第三驱动轴、移动块、支撑杆、支撑杆和滑块，所述支撑杆、第三电机和缓冲块依次固定在导气室的靠近动力机构的一侧的内壁上，所述第三电机与plc电连接，所述第三驱动轴位于第三电机和缓冲块之间，所述第三电机与第三驱动轴传动连接，所述移动块套设在第三驱动轴上，所述移动块的与第三驱动轴的连接处设有与第三驱动轴匹配的螺纹，所述移动块通过支撑杆与滑块铰接，所述滑块固定在调节框上，所述滑块套设在支撑杆上。

作为优选，为了实现清洁组件的往复移动，所述往复组件包括第四电机、第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第三电机固定在出气管内，所述第四电机与plc电连接，所述第四电机与第一连杆传动连接，所述第一连杆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第一电机固定连接。

作为优选，为了保证第三连杆的平稳移动，所述往复组件还包括导向环和两个导向杆，两个导向杆分别位于导向环的两侧，所述导向环套设在第三连杆上，所述导向环通过导向杆与出气管的内壁固定连接。

作为优选，为了使清洁板与第一驱动轴保持同步的移动，所述清洁板的靠近第一驱动轴的一侧的两端设有平衡单元，所述平衡单元包括平衡杆、滑杆和两个滑道，所述平衡杆的一端固定在清洁板上，所述平衡杆的另一端与滑杆的中心处固定连接，所述滑杆的两端分别位于两个滑道内，所述滑杆与滑道滑动连接，所述滑杆固定在第一驱动轴上。

作为优选，为了使转盘带动传动轴旋转，同时便于转盘在传动轴上滑动，所述传动轴的外周设有若干凸杆，所述凸杆周向均匀分布在传动轴的外周，所述转盘的内侧设有若干凹槽，所述凹槽周向均匀分布在在转盘的内侧，所述凸杆的数量与凹槽的数量相等，所述凸杆与凹槽一一对应，所述凸杆与凹槽滑动连接。

作为优选，所述电桥电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4，所述集成电路u1的传感器电源端分别通过第一电阻r1和第二电阻r2组成的串联电路、第三电阻r3和第四电阻r4组成的串联电路接地，所述集成电路u1的正输入端分别与第一电阻r1和第二电阻r2连接，所述集成电路u1的负输入端分别与第三电阻r3和第四电阻r4连接。

作为优选，为了便于监测通入入气管的空气流量，所述导气室的靠近炉体的一侧的内壁上设有流量计，所述流量计与plc电连接。

作为优选，为了便于检测转盘的位置，所述调节框的靠近动力机构的一侧设有距离传感器，所述距离传感器与plc电连接。

本发明的有益效果是，该工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置通过导气机构控制进入炉体内的反应气体的流量，使反应气体以合适的比例进入炉体内，提高反应效率，与现有的导气机构相比，该导气机构具有灵活的调节功能，不仅如此，信号处理电路具有增益可调的作用，能够满足不同等级的输入信号的采集，提高了信号处理电路的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置的结构示意图；

图2是本发明的工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置的导气组件的结构示意图；

图3是本发明的工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置的传动轴和转盘的连接结构示意图；

图4是本发明的工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置的动力机构的结构示意图；

图5是本发明的工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置的信号处理电路的电路原理图；

图中：1.基座，2.控制器，3.炉体，4.出气管，5.储气罐，6.导气管，7.导气室，8.入气管，9.导气轴，10.第一锥齿轮，11.扇叶，12.套环，13.驱动块，14.转盘，15.传动轴，16.第二锥齿轮，17.调节框，18.第一电机，19.第一驱动轴，20.清洁板，21.弹簧，22.第二电机，23.第三锥齿轮，24.第四锥齿轮，25.动力轴，26.第三电机，27.缓冲块，28.第三驱动轴，29.移动块，30.支撑杆，31.支撑杆，32.滑块，33.第四电机，34.第一连杆，35.第二连杆，36.第三连杆，37.导向环，38.导向杆，39.平衡杆，40.滑杆，41.滑道，42.凸杆，43.第一套环，44.第二套环，45.支架，46.流量计，47.距离传感器。

具体实施方式

现在结合附图对本发明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发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置，包括基座1、控制器2、动力机构、炉体3、出气管4和两个导气机构，所述控制器2和炉体3均固定在基座1上，所述控制器2内设有plc，所述出气管4位于炉体3的一侧，所述导气机构和动力机构均位于炉体3的另一侧，所述动力机构位于两个导气机构之间，所述导气机构包括储气罐5、导气管6、导气室7和入气管8，所述储气罐5通过导气管6与导气室7连通，所述导气室7通过入气管8与炉体3连通，所述导气室7内设有导气组件，所述出气管4上设有排气口，所述出气管4内设有信号处理电路；

该化学气相反应沉积装置在制备石墨烯时，通过控制器2操作设备运行，由动力机构提供导气机构运行的动力，两个导气机构分别用于往炉体3内输送含氢气体和含碳气体，在动力机构中，储气罐5用于存放反应气体，通过导气室7内的导气组件将反应器从储气罐5中通过导气管6输入至导气室7内，而后将反应气体通过入气管8输送至炉体3内，用于进行化学气相沉积反应，生成石墨烯，信号处理电路具有增益可调的作用，能够满足不同等级的输入信号的采集，提高了信号处理电路的可靠性。

如图2所示，所述导气组件包括导气轴9、驱动组件、第一锥齿轮10、两个扇叶11和两个套环12，两个套环12分别固定在导气室7的两侧的内壁上，所述导气轴9的两端分别位于两个套环12内，两个扇叶11分别位于导气轴9的两侧，所述第一锥齿轮10套设在导气轴9上，所述驱动组件与第一锥齿轮10传动连接；

所述驱动组件包括驱动块13、转盘14、传动轴15、第二锥齿轮16、调节框17和调节单元，所述转盘14抵靠在驱动块13上，所述驱动块13的形状为圆锥形，所述转盘14套设在传动轴15上，所述第二锥齿轮16固定在传动轴15上，所述第二锥齿轮16与第一锥齿轮10啮合，所述调节框17的形状为u形，所述调节框17的开口指向转盘14，所述调节单元与调节框17传动连接；

由动力机构带动导气机构中的驱动块13转动，驱动块13与转盘14摩擦，使转盘14旋转，转盘14带动传动轴15旋转，从而使第二锥齿轮16转动，第二锥齿轮16作用在第一锥齿轮10上，使第一锥齿轮10带动导气轴9转动，从而使扇叶11旋转，产生气流，通过气流将反应气体输送至炉体3内，通过调节单元可带动调节框17移动，使调节框17带动转盘14沿着传动轴15的轴线移动，由于驱动块13的形状为圆锥形，在驱动块13保持匀速转动的同时，当调节框17和转盘14远离动力机构时，转盘14的线速度增大，导致传动轴15的速度增加，使气流增强，便于单位时间内增加输送的反应气体量，反之，当调节框17和转盘14靠近动力机构时，单位时间内进入炉体3的反应气体减小，从而实现了通过调节框17的移动改变通入炉体3的反应气体流量。

如图5所示，所述信号处理电路包括集成电路u1、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3，所述集成电路u1的型号为1b31，所述集成电路u1的传感器电源端通过电桥电路接地，所述集成电路u1的输入端与电桥电路连接，所述集成电路u1的负电源端外接-15v直流电压电源，所述集成电路u1的负电源端分别通过第一电容c1和第二电容c2接地，所述集成电路u1的公共端接地，所述集成电路u1的电源端外接15v直流电压电源，所述集成电路u1的基准端通过第三电容c3接地，所述集成电路u1的阀值端通过第五电阻r5与集成电路u1的333.3倍阀值端连接，所述集成电路u1的桥激励输出调节端通过第六电阻r6和第七电阻r7组成的串联电路与集成电路u1的可调端连接。

该电路把传感器的测量信号变换为0—1ov电压输出。加上电源后，内部基准电压预置为1ov，桥激励输出调节端连接到集成电路u1的可调端时增大桥激励输出电压，若减小桥激励电压输出，则在集成电路u1的阀值端和333.3倍阀值端之间接入电阻。桥测量电桥输出信号通过集成电路u1的正输入端和负输入端送至集成电路u1内部的仪器放大器。放大器增益由集成电路u1的桥激励输出调节端和可调端之间的电阻决定，调节第七电阻r7，即调节放大器的增益。

如图4所示，所述动力机构包括第二电机22、第三锥齿轮23和两个动力组件，所述第二电机22固定在基座1上，所述第二电机22与plc电连接，所述第二电机22与第三锥齿轮23传动连接，所述动力组件与导气机构一一对应，所述动力组件包括第四锥齿轮24和动力轴25，所述第四锥齿轮24通过动力轴25与驱动块13固定连接，所述第四锥齿轮24与第三锥齿轮23啮合。

plc控制第二电机22启动，带动第三锥齿轮23旋转，第三锥齿轮23作用在第四锥齿轮24上，使第四锥齿轮24旋转，第四锥齿轮24通过动力轴25实现了驱动块13的旋转。

如图2所示，所述调节单元包括第三电机26、缓冲块27、第三驱动轴28、移动块29、支撑杆30、支撑杆31和滑块32，所述支撑杆31、第三电机26和缓冲块27依次固定在导气室7的靠近动力机构的一侧的内壁上，所述第三电机26与plc电连接，所述第三驱动轴28位于第三电机26和缓冲块27之间，所述第三电机26与第三驱动轴28传动连接，所述移动块29套设在第三驱动轴28上，所述移动块29的与第三驱动轴28的连接处设有与第三驱动轴28匹配的螺纹，所述移动块29通过支撑杆30与滑块32铰接，所述滑块32固定在调节框17上，所述滑块32套设在支撑杆31上。

由plc控制调节单元内的第三电机26启动，带动第三驱动轴28旋转，使第三驱动轴28通过螺纹作用在移动块29上，移动块29沿着第三驱动轴28的轴线进行移动的同时，通过支撑杆30带动滑块32沿着支撑杆31的轴线移动，进而带动了调节框17的移动，改变了转盘14的位置。

如图5所示，所述往复组件包括第四电机33、第一连杆34、第二连杆35和第三连杆36，所述第三电机26固定在出气管4内，所述第四电机33与plc电连接，所述第四电机33与第一连杆34传动连接，所述第一连杆34通过第二连杆35与第三连杆36的一端铰接，所述第三连杆36的另一端与第一电机18固定连接。

当需要第一电机18往复移动时，plc控制第四电机33运行，带动第一连杆34旋转，第一连杆34通过第二连杆35带动第三连杆36移动，从而实现了第一电机18和第一驱动轴19的往复移动。

作为优选，为了保证第三连杆36的平稳移动，所述往复组件还包括导向环37和两个导向杆38，两个导向杆38分别位于导向环37的两侧，所述导向环37套设在第三连杆36上，所述导向环37通过导向杆38与出气管4的内壁固定连接。利用导向杆38固定了导向环37的位置，并通过导向环37固定了第三连杆36的移动方向，从而使第三连杆36保持平稳的移动。

如图5所示，所述清洁板20的靠近第一驱动轴19的一侧的两端设有平衡单元，所述平衡单元包括平衡杆39、滑杆40和两个滑道41，所述平衡杆39的一端固定在清洁板20上，所述平衡杆39的另一端与滑杆40的中心处固定连接，所述滑杆40的两端分别位于两个滑道41内，所述滑杆40与滑道41滑动连接，所述滑杆40固定在第一驱动轴19上。

滑杆40的两端可在固定在第一驱动轴19上的滑道41内部滑动，从而通过平衡杆39使清洁板20平稳移动。

如图4所示，为了使转盘14带动传动轴15旋转，同时便于转盘14在传动轴15上滑动，所述传动轴15的外周设有若干凸杆42，所述凸杆42周向均匀分布在传动轴15的外周，所述转盘14的内侧设有若干凹槽，所述凹槽周向均匀分布在在转盘14的内侧，所述凸杆42的数量与凹槽的数量相等，所述凸杆42与凹槽一一对应，所述凸杆42与凹槽滑动连接。

转盘14旋转时，转盘14内的凹槽作用在固定在传动轴15上的凸杆42，从而使传动轴15旋转，同时凸杆42可沿着凹槽滑动，从而方便了转盘14的移动。

作为优选，所述电桥电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4，所述集成电路u1的传感器电源端分别通过第一电阻r1和第二电阻r2组成的串联电路、第三电阻r3和第四电阻r4组成的串联电路接地，所述集成电路u1的正输入端分别与第一电阻r1和第二电阻r2连接，所述集成电路u1的负输入端分别与第三电阻r3和第四电阻r4连接。

作为优选，为了便于监测通入入气管8的空气流量，所述导气室7的靠近炉体3的一侧的内壁上设有流量计46，所述流量计46与plc电连接。利用流量计46检测进入入气管8的空气流量，并将流量数据反馈给plc，plc根据控制器2设定的空气流量控制调节单元运行。

作为优选，为了便于检测转盘14的位置，所述调节框17的靠近动力机构的一侧设有距离传感器47，所述距离传感器47与plc电连接。利用距离传感器47检测转盘14距离导气室7的靠近动力机构的一侧的内壁的距离，并将距离数据反馈给plc，plc通过调节单元改变调节框17的距离，进而改变转盘14的位置。

该化学气相反应沉积装置在制备石墨烯时，利用动力机构驱动驱动块13旋转，由调节单元带动转盘14移动，改变传动轴15的转速，进而通过第一锥齿轮10和第二锥齿轮16调节扇叶11旋转的速度，改变产生的气流大小，从而调节通入炉体3内的含氢气体和含碳气体流量，提高反应效率，不仅如此，信号处理电路具有增益可调的作用，能够满足不同等级的输入信号的采集，提高了信号处理电路的可靠性。

与现有技术相比，该工作效率高的石墨烯化学气相反应沉积装置通过导气机构控制进入炉体3内的反应气体的流量，使反应气体以合适的比例进入炉体3内，提高反应效率，与现有的导气机构相比，该导气机构具有灵活的调节功能，不仅如此，信号处理电路具有增益可调的作用，能够满足不同等级的输入信号的采集，提高了信号处理电路的可靠性。

以上述依据本发明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发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明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。