本實用新型屬于石墨烯領域，尤其涉及一種生長石墨烯的裝置，具體而言是一種使用CVD方法生長石墨烯的裝置。

背景技術：

CVD方法生長的石墨烯質量高，層數可控，雜質少，因此越來越受到人們的重視。目前利用CVD方法生長石墨烯的爐體結構一般為管式爐結構，而在工業生產大面積規模化生產中，也普遍采用管式爐結構。將管式爐的結構放大，外置加熱絲，管式爐石英管最大可以做到500mm。在管式爐中放置上金屬生長基底，將金屬基底升溫，通入甲烷、乙烯、乙炔等碳源氣體或者直接用固體碳源，再通入氫氣作為還原氣氛，氬氣等惰性氣體作為載氣，在高溫下，金屬將碳源氣體或固體裂解，最后在金屬表面形成石墨烯。

為了提高生產效率，目前工業上將生長基底用層層疊加的方式于耐高溫材料加工的架子上，耐高溫材料為石英板、剛玉板等。這種方式導致生長氣流容易出現不均勻并使得生長不均勻的情況，這是因為氣流進入生長腔體后，具有一定的動能并且容易隨著最短路徑進入抽氣系統。由于工業化生長的基底面積較大，氣流在金屬基底表面還容易形成渦流，因而導致石墨烯的生長面內不均勻。目前為了使氣流均勻采用的最普遍的方案是利用長距離的氣流運輸，使得氣流在低真空環境下自然擴散均勻，但這也導致了石英管爐體的空間利用率不高。另一個方法是盡量使生長基底每一層之間距離足夠大，但相應的，也導致了石墨烯的生產效率降低。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于解決現有技術中存在的上述問題，提供一種生長石墨烯的裝置，本實用新型能使各層生長基底之間的氣流均勻分布，解決了石墨烯生長過程中各層生長基底之間氣流均一性差的問題。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種生長石墨烯的裝置，其特征在于：包括反應腔、進氣機構和真空抽氣機構，所述反應腔內固定設置有用于將反應腔分為生長室和勻氣室的勻氣篩，所述生長室內固定設置有層層疊加的生長基底，所述進氣機構和真空抽氣機構均通過電磁閥與勻氣室連通。

所述勻氣室的數量為兩個，所述生長室位于兩個勻氣室之間，所述進氣機構通過電磁閥與其中一個勻氣室連通，所述真空抽氣機構通過電磁閥與另一個勻氣室連通。

所述勻氣室的數量為兩個，所述生長室位于兩個勻氣室之間，所述進氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室連通，所述真空抽氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室連通。

所述進氣機構包括氣體室、混氣室和管道，所述混氣室通過管道連接在氣體室和勻氣室之間，所述電磁閥位于混氣室與勻氣室之間。

所述真空抽氣機構包括真空泵、針閥和管道，所述針閥通過管道連接在真空泵與勻氣室之間，所述電磁閥位于針閥與勻氣室之間。

所述勻氣室內固定設置有氣流擋板。

所述氣流檔板為弧形板。

所述生長室內相鄰兩層生長基底之間的間距為5mm。

采用本實用新型的優點在于：

一、本實用新型中，通過勻氣室能夠避免氣流直線通過反應腔，使得氣流能夠在勻氣室經自動擴散后再從勻氣篩進入反應腔，最后再通過另一勻氣室抽走，實現了氣流均衡進入反應腔和平緩抽氣。與現有技術相比，本實用新型能使生長室各層生長基底之間的氣流均勻分布，解決了石墨烯生長過程中各層生長基底之間氣流均一性差的問題，最終使制得的石墨烯的性能質量更好。

二、本實用新型中，進氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室連通的結構和真空抽氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室連通結構，能夠在生長過程中隨時將進氣位置和抽氣位置進行對調，從而使得生長基底上的石墨烯更加均勻。另外，通過電磁閥控制還能夠實現進氣與抽氣的快速換位。

三、本實用新型中，通過針閥隨時能夠實時調節抽氣量的大小，造成氣流擾動消除低壓生長過程中可能產生的湍流，使得氣流更加平緩和均勻。

四、本實用新型中，通過設置在勻氣室內的弧形氣流擋板，能夠減小反應腔內氣流的動能，避免其直線通過反應腔。

五、本實用新型中，生長室內相鄰兩層生長基底之間的間距為5mm，該結構使得相鄰兩生長基底之間的距離能夠放到最近距離，各層之間的氣流分布也均勻，使得可以將生長基底的距離放到最近距離，提高了生長效率。同時，石墨烯的性能也得到了提升，特別是面內生長均勻性的提高。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖中標號為：1、反應腔，2、勻氣篩，3、生長室，4、勻氣室，5、生長基底，6、真空泵，7、針閥，8、氣體室，9、混氣室，10、氣流擋板。

具體實施方式

實施例1

一種生長石墨烯的裝置，包括反應腔1、進氣機構和真空抽氣機構，所述反應腔1內固定設置有用于將反應腔1分為生長室3和勻氣室4的勻氣篩2，所述生長室3內固定設置有層層疊加的生長基底5，所述勻氣室4的數量為兩個，且兩個勻氣室4相對稱，所述生長室3位于兩個勻氣室4之間，所述進氣機構通過電磁閥與其中一個勻氣室4連通，所述真空抽氣機構通過電磁閥與另一個勻氣室4連通。

本實施例中，所述進氣機構包括氣體室8、混氣室9和管道，所述混氣室9通過管道連接在氣體室8和勻氣室4之間，所述電磁閥位于混氣室9與勻氣室4之間。所述真空抽氣機構包括真空泵6、針閥7和管道，所述針閥7通過管道連接在真空泵6與勻氣室4之間，所述電磁閥位于針閥7與勻氣室4之間。

本實施例中，所述氣體室8中的主要氣體為碳源氣體（包括甲烷、乙炔、乙烷、乙烯等含碳氣體）、高純氫氣、高純氬氣、高純氮氣等。所述混氣室9的主要功能是將上述反應氣體做均勻混合。所述勻氣篩2為耐高溫材料，對氫氣、甲烷等氣體無反應活性，在高溫下不變形無損傷；所述勻氣篩2篩孔均勻分布于勻氣篩2上。所述針閥7為可隨時自動調節管徑大小閥門，通過調節管徑大小控制真空系統抽速，達到影響生長氣壓使氣流擾動消除低壓生長過程可能產生的湍流的目的。

本實施例中，所述生長室3內的生長基底5一層一層的放置于石英板上，相鄰兩層生長基底5之間的間距為5mm。

實施例2

一種生長石墨烯的裝置，包括反應腔1、進氣機構和真空抽氣機構，所述反應腔1內固定設置有用于將反應腔1分為生長室3和勻氣室4的勻氣篩2，所述生長室3內固定設置有層層疊加的生長基底5，所述勻氣室4的數量為兩個，所述生長室3位于兩個勻氣室4之間，所述進氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通，所述真空抽氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通。

本實施例中，所述進氣機構包括氣體室8、混氣室9和管道，所述混氣室9通過管道連接在氣體室8和勻氣室4之間，所述電磁閥位于混氣室9與勻氣室4之間。由于進氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通，因此，電磁閥位于混氣室9與勻氣室4之間的具體結構為：其中一個電磁閥設置在混氣室9與其中一個勻氣室4之間，另一個電磁閥設置在混氣室9與另一個勻氣室4之間，兩個電磁閥分別控制混氣室9與兩個勻氣室4之間的通斷。

本實施例中，所述真空抽氣機構包括真空泵6、針閥7和管道，所述針閥7通過管道連接在真空泵6與勻氣室4之間，所述電磁閥位于針閥7與勻氣室4之間。由于真空抽氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通，因此，電磁閥位于針閥7與勻氣室4之間的具體結構為：其中一個電磁閥設置在針閥7與其中一個勻氣室4之間，另一個電磁閥設置在針閥7與另一個勻氣室4之間，兩個電磁閥分別控制針閥7與兩個勻氣室4之間的通斷。

本實施例中，所述的電磁閥通過工控軟件控制，通過前期設置，可程序化自動改變進氣方向和抽氣方向，使氣流流向變化，氣流均一性更佳。

實施例3

一種生長石墨烯的裝置，包括反應腔1、進氣機構和真空抽氣機構，所述反應腔1內固定設置有用于將反應腔1分為生長室3和勻氣室4的勻氣篩2，所述生長室3內固定設置有層層疊加的生長基底5，所述勻氣室4的數量為兩個，所述生長室3位于兩個勻氣室4之間，所述進氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通，所述真空抽氣機構分別通過兩個電磁閥與兩個勻氣室4連通。其中，所述進氣機構包括氣體室8、混氣室9和管道，所述混氣室9通過管道連接在氣體室8和勻氣室4之間，所述電磁閥位于混氣室9與勻氣室4之間。所述真空抽氣機構包括真空泵6、針閥7和管道，所述針閥7通過管道連接在真空泵6與勻氣室4之間，所述電磁閥位于針閥7與勻氣室4之間。

本實施例中，所述勻氣室4內固定設置有氣流擋板10，所述氣流檔板為弧形板。其中，所述氣流擋板10為以耐高溫材料，置于勻氣室4的進氣口和抽氣口處，且其凹面朝向進氣口和抽氣口，反應氣體進入高速氣流撞擊到擋板上被改變方向失去動能，反應氣體在低壓下自由擴散至反應室。

本實施例的工作原理為：進氣機構從其中一個勻氣室4中通入甲烷、氫氣等氣體，而從另外一個勻氣室4里抽真空。氣流經混氣室9混合均勻后，通過電磁閥進入勻氣室4，在勻氣室4入口處有氣流擋板10，氣流擋板10的作用是減小氣流動能，避免其直線通入反應室。進入勻氣室4的氣體在勻氣室4經自動擴散后從勻氣篩2的篩孔中均勻進入反應室。再進入另外一個的勻氣室4由真空抽氣機構抽走。勻氣篩2上均勻的分布若干小孔，使得氣體進入反應室均勻且每層生長基底5都有氣流通過。