一种CVD法石墨烯反应炉

一种cvd法石墨烯反应炉
技术领域
1.本实用新型属于石墨烯技术领域，具体涉及一种cvd法石墨烯反应炉。


背景技术：

2.cvd是指高温下的气相反应，采用cvd法制备石墨烯时，其基本过程如下所示：通过将碳氢化合物等含碳气体通入带有基片的沉积炉中，通过高温将含碳气体分解为碳原子使其沉积于基片的表面，进而形成石墨烯，随后通过多种方法将石墨烯薄膜从基片上分离以得到高纯度石墨烯。
3.而现有的反应炉，比如中国专利cn206428001u公开了一种生长石墨烯的装置，其通过设置匀气室和匀气筛来使得进入反应腔内的气流相对更加均匀，同时设置相应的挡板以减小进入匀气室的气流对基片产生扰动。但是，其设置的挡板使得完全分散至两侧，导致进入中部的新鲜气流较少；在不设置挡板时，导致气流大多进入中部，对气流的分散效果相对较差。


技术实现要素：

4.为解决上述至少一种问题，本实用新型提供了一种cvd法石墨烯反应炉，其分散性更好，最终能够制得更加均一的石墨烯。
5.本实用新型的技术方案是：一种cvd法石墨烯反应炉，包括炉本体，所述炉本体内设有生长基底，所述炉本体一端设有第一漏斗型连接部，所述第一漏斗型连接部远离所述炉本体的一端连接进气管；所述第一漏斗型连接部的较小端设有截面为形状为半球壳的气体分布器，所述气体分布器上密布有排气孔，距离所述气体分布器的中心越远，所述排气孔的孔径越大；距离所述第一漏斗型连接部的侧壁越近，所述排气孔中心线和与该排气孔最接近的第一漏斗型连接部的侧壁之间的夹角越小。
6.本实用新型的一种实施方式在于，所述气体分布器上的所有所述排气孔的横截面面积和与进气管的横截面面积的比例为0.8～1.2:1。
7.进一步的，所述气体分布器上的所有所述排气孔的横截面面积和与进气管的横截面面积相等。
8.本实用新型的一种实施方式在于，所述炉本体远离所述第一漏斗型连接部的一端设有第二漏斗型连接部，所述第二漏斗型连接部远离所述炉本体的一端连接有排气管。
9.本实用新型的一种实施方式在于，所述生长基底层叠设于固定框架内部。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
11.本实用新型通过设置第一漏斗型连接部、气体分布器和排气孔，并限定排气孔的设置方式，使得最终进入炉本体内的气体更加均匀、分散，使得最终制得的石墨烯的效果更好。
附图说明
12.图1为本实用新型整体结构示意图；
13.图2为图1中a部分的结构示意图。
具体实施方式
14.下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
15.在本实用新型的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制。
16.本实施例中所述的深孔，是指用于安装螺栓/螺丝的孔道的长度大于5cm的孔。
17.参见图1～2，一种cvd法石墨烯反应炉，包括炉本体1，所述炉本体1内设有生长基底7，所述炉本体1一端设有第一漏斗型连接部2，所述第一漏斗型连接部2远离所述炉本体1的一端连接进气管3；所述第一漏斗型连接部2的较小端设有截面为形状为半球壳的气体分布器11，所述气体分布器11上密布有排气孔12，距离所述气体分布器11的中心越远，所述排气孔12的孔径越大；距离所述第一漏斗型连接部2的侧壁越近，所述排气孔12中心线和与该排气孔12最接近的第一漏斗型连接部2的侧壁之间的夹角越小。
18.具体的，炉本体1和常规反应炉的结构相同，其内部设有加热升温部件，同时还设有用于放置生长基底7的部件，这些都属于本领域的常识，因此在此对其结构不予赘述。对于生长基底7，其同样为本领域常见部件，其选择有很多，都可以应用于本实施例，比如在部分结构中选择铜箔作为生长基底。
19.对于第一漏斗型连接部2，其整体形状和漏斗相似，其尺寸较大的一端和炉本体1的一端进行可拆卸连接，比如采用卡扣、螺栓等进行连接等；其尺寸较小的一端和进气管3连接。由于整个反应过程需要在一定温度和气氛下进行，因此要求整个反应炉相对密闭，本领域技术人员容易理解的是，第一漏斗型连接部2与炉本体1连接的一端，其大小和尺寸均和与其连接的炉本体1的一端的大小和尺寸相同，这样两者才能够在连接后，形成相对密闭的空间。同时，对于第一漏斗型连接部2来讲，除了尺寸较大的一端外，其余部分的内侧壁和现有的漏斗的内侧壁的形状相同：即内壁整体形状呈圆锥形。
20.同时，对于第一漏斗型连接部2，其口内径和高度的比值优选为10：1.5～5；当其比例过小时，其高度过小，导致气体分布器11和炉本体1过于接近，不利于气体的分散；其比例过大时，高度较高，最终整个第一漏斗型连接部2的尺寸过大，十分浪费空间。所谓的口内径，是指第一漏斗型连接部2直径(等效直径)最大处的直径(等效直径)，高度是指第一漏斗型连接部2的尺寸较小端和尺寸较大端之间的距离。
21.本实施例中，所谓的“形状为半球壳”中的半球壳是指，将一个球壳用一个平面分割后的任意一部分，而并非是指完整球壳的一半。
22.气体分布器11的主要作用是对进气管3来的气体进行分散，使其能够均匀的进入炉本体1内部，因此，在气体分布器11上密布设置有多个排气孔12，从第一漏斗型连接部2的结构来看，其与反应炉中部的距离最短、两侧的距离相对较长。因此，为了使得气体的分布
更加均匀，限定距离所述气体分布器11的中心越远，所述排气孔12的孔径越大。此处所指的气体分布器11的中心，是指的气体分布器11的壳体的中心。
23.同时，为了进一步的使得气体分布均匀，还限定了排气孔12的设置方向：距离所述第一漏斗型连接部2的侧壁越近，所述排气孔12中心线和与该排气孔12最接近的第一漏斗型连接部2的侧壁之间的夹角越小，但是最小夹角通常为5～10
°
。
24.之所以要设置上述的第一漏斗型连接部2和气体分布器11，是考虑到将进气管3的来气更加均匀的分配于反应炉1内部，使得所有生长基底7周围的气体分布更均匀，从而能够得到更加均匀的石墨烯。其具体原理如下：当气体从进气管3进入第一漏斗型连接部2后，会通过排气孔12排出，由于设于气体分布器11中部的排气孔12排出的气体，其只需要经过较短距离即可进入炉本体1中部的生长基底7内，且气体是垂直进入生长基底7所在平面；但是对于远离气体分布器11中部的排气孔12，其排出的气体需要经较远距离才能够进入炉本体1中的生长基底7内，且气体是倾斜进入生长基底7所在平面，因此其对应的生长基底更多，所以要求这些排气孔12排出的气体更多，因此在本实施例中，限定这些排气孔12的尺寸更大。同时，由于气体分布器11和生长基底7之间还具有一定的缓冲空间，使得进入生长基底7内的气体更加均匀。
25.对于cvd法制备石墨烯来讲，其对气体流速有较为严格的要求，因此，在本实施例中，还限定所有的排气孔12的横截面积的面积和，与进气管3的横截面面积和的比例为0.8～1.2:1，以最大限定的保持进入生长基底7内的气体流速和原有设计相同，不会对生长结果造成影响，优选的，两者面积相等。
26.为了使得反应后的气流平稳的流出反应炉，在炉本体1另一端还连接有一个第二漏斗型连接部5，第二轮漏斗型连接部5的较小端连接有排气管6。第二漏斗型连接部5的形状同样为漏斗型，但其尺寸可以和第一漏斗型连接部2相同，也可以不相同。
27.为了便于放置生长基底7，本实施例中，在炉本体1内部设置一个固定框架4，将生长基底7设于固定框架内部。
28.本反应炉的使用方法和常规反应炉的使用方法相同，具体可根据不同的制备工艺进行确定，因此在此对其使用方法不予赘述。
29.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。