一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于化学气相沉积装置技术领域，具体涉及一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置。
【背景技术】
[0002]我国是世界上煤炭生产及消费的第一大国，煤炭消费总量占世界总消费量的30%以上，煤炭消费在我国能源消费中的比例高达76.7 %。大量煤炭直接燃烧利用，不仅造成了严重的环境破坏和污染，限制了经济的可持续发展，也直接导致了煤炭这一不可再生碳资源的极大浪费。
[0003]作为煤炭资源大国的中国，合理、高效利用煤炭资源，充分利用煤炭的结构和组成特征，提高煤炭利用的附加值是现阶段我国需要解决的重大问题。石墨烯作为新型的碳材料，由于其特殊的性能及广泛的应用领域而受到了极大地关注，因此，如果能够将天然碳资源------煤炭，特别是在我国储量较大、利用难度较高的低阶煤加以利用，通过一定方法制备出高品质石墨稀薄膜，无疑会对碳材料的发展及低阶煤的高效利用带来新的契机。
[0004]石墨烯是碳原子紧密排列成的具有单层蜂窝状结构的一种新型碳材料，其厚度仅为0.335nm，仅相当于头发丝直径的20万分之一，是构建零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨等其他维数碳材料的基本单元。在2004年，曼彻斯特大学的Geim小组首次用机械剥离法成功制备出了单层或薄层的新型二维原子晶体一一石墨烯。研宄者在胶带上黏上一层石墨薄片，把有粘性的一面对折相接触，再把胶带撕开，石墨薄片就这样克服了层与层之间的引力而被一分为二，通过不断重复这个过程，石墨薄片会越来越薄，直至得到少层乃至单层的石墨烯，而且可以很稳定的存在于外界环境中。
[0005]不同于机械剥离法的繁琐，化学气相沉积(CVD)法是指把反应物在气态条件下及反应所需其它气体(多为保护气)引入反应室，在基底表面发生化学反应并沉积在固体基底表面上，进而制得固体材料的工艺技术。
[0006]目前比较普遍的CVD装置设计复杂，有真空系统及冷却系统，造价昂贵，并且以固体煤炭为原料制备石墨烯的装置还未见报道。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置。该装置结构简单，设计新颖合理，实现方便，实用性强，使用效果好，便于推广。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置，其特征在于，包括水平管式炉、石英管、氩气储罐、氢气储罐和三通管件，所述石英管活动设置于水平管式炉的刚玉管中且石英管的两端均位于水平管式炉夕卜，所述石英管内设置有用于盛装基底的第一瓷舟和用于盛装固体碳源的第二瓷舟，所述石英管的一端设置有进气塞，石英管的另一端设置有排气塞，所述排气塞上开设有排气口，所述进气塞上开设有与混合气体管路相连通的进气口，所述混合气体管路与三通管件的第一通路连接，所述三通管件的第二通路通过氩气管路与氩气储罐连接，所述三通管件的第三通路通过氢气管路与氢气储罐连接。
[0009]上述的一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置，其特征在于，所述混合气体管路上设置有混合气体流量计，所述氩气管路上设置有氩气流量计，所述氢气管路上设置有氢气流量计。
[0010]上述的一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置，其特征在于，所述水平管式炉的两侧设置有用于支撑石英管的支撑架。
[0011]上述的一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置，其特征在于，还包括用于向水平管式炉内通入冷却空气的冷却管道，所述冷却管道的进气端与空气泵的出气口连接，冷却管道的出气端设置于石英管与水平管式炉的刚玉管之间。
[0012]上述的一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置，其特征在于，所述排气口处设置有排气管。
[0013]上述的一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置，其特征在于，所述进气塞上水平穿设有两端均开口的通管，所述通管位于石英管外侧部分安装有阀门。
[0014]上述的一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置，其特征在于，所述基底为铜箔。
[0015]上述的一种采用固体碳源制备石墨烯的化学气相沉积装置，其特征在于，所述固体碳源为煤粉。
[0016]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0017]1、本实用新型装置结构简单，设计新颖合理，实现方便，实用性强，使用效果好，便于推广。
[0018]2、本实用新型通过设置三通管件，使反应气在石英管外充分混合，有利于石英管内的化学气相沉积反应的进行。
[0019]3、本实用新型优选在进气塞上水平穿设两端均开口的通管，并在通管上位于石英管外侧部分安装阀门，使用过程中可打开阀门，采用推杆等穿过通管可对位于石英管内的第二瓷舟的位置进行调整，操作方便简单。
[0020]4、本实用新型优选在石英管与水平管式炉的刚玉管之间设置冷却管道，在化学气相沉积反应结束后可加快降温速率。
[0021]下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型化学气相沉积装置的结构示意图。
[0023]图2为本实用新型石英管的结构示意图。
[0024]附图标记说明:
[0025]I—水平管式炉；2—混合气体流量计；3—三通管件；
[0026]4一氣气流量计；5—氛气流量计；6—氣气储鍾；
[0027]7—氢气储罐；8—进气口 ；9一排气口 ；
[0028]10—石英管；11 一支撑架；12—第一瓷舟；
[0029]13—第二瓷舟；14一混合气体管路；15—氩气管路；
[0030]16—氢气管路；17—进气塞；18—排气塞；
[0031]19—冷却管道；20—空气泵；21—排气管；
[0032]22—通管；23—阀门。
【具体实施方式】
[0033]如图1和图2所示，本实用新型的化学气相沉积装置，包括水平管式炉1、石英管
10、氩气储罐6、氢气储罐7和三通管件3，所述石英管10活动设置于水平管式炉I的刚玉管中且石英管10