多工位石墨烯快速生长设备的制作方法

本实用新型涉及一种石墨烯的生长设备，尤其是一种多工位石墨烯快速生长设备。

背景技术：

众所周知的：石墨烯虽然只有一个碳原子层厚,但由于其自身结构特性使其表现出诸多世界之最，如最薄、最轻、最坚韧、电阻率最小等，石墨烯被称为材料界的“黑金”，21世纪“新材料之王”。

石墨烯薄膜的规模化制备，经过近几年的广泛研究，化学气相沉积法是规模化制备石墨烯薄膜最有前景的方法之一。CVD法制备高质量的石墨烯薄膜是在1000度左右的真空条件下将碳源加热分解成活性碳基团，然后Cu、Ni等过渡金属衬底上进一步分解生成石墨烯。然而，快速、连续规模化制备大面积、高质量石墨烯薄膜的方法一直没有取得大的突破，极大地限制了石墨烯制备效率和产量，阻碍了石墨烯薄膜产业快速发展的步伐。

众所周知，CVD法制备石墨烯薄膜的流程为：将石墨烯生长基底放入工艺腔后，先将设备升温至1000度左右的高温，然后将石墨烯生长基底在此高温下退火一定时间，紧接着通入石墨烯生长工艺气体制备石墨烯，待石墨烯生长结束后，需要将石墨烯产品移除高温工艺腔快速降温，待炉体降至室温时取出石墨烯产品。在石墨烯降温、取样过程中，如果将炉体也一起降温，则下次生长时重复升温、降温过程，则工作效率极低一天只能制备2-3次；如果将石墨烯产品移除高温工艺腔，样品降温的过程中，炉体保持高温不变，则待样品降温后、取换样再次推进高温腔后，则可直接进入退火生长环节，极大的提高了石墨烯生产效率。但在石墨烯产品降温、取换样过程中，高温炉体一直处于闲置状态，造成资源浪费。虽然之前有专利考虑到该问题，采用高温工艺腔两端进取样的方式提高高温炉体的利用率，但该方案拓展空间小，工艺时间短，降温、取换时间长，仍会造成设备资源浪费；此外，该方案样品传送桨需要伸进高温工艺腔取、送样品，则对传送桨的要求也较高，如要求传送桨耐高温、不掉渣、对石墨烯样品无影响等，无形中增加了设备制造成本。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够将石墨烯生长设备充分利用以减少资源浪费、提高生产效率的多工位石墨烯快速生长设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型提供了一种多工位石墨烯快速生长设备，包括安装固定平台、真空泵、气体输送管道、加热装置、石墨烯生长工艺腔；所述石墨烯生长工艺腔具有密封法兰、抽真空口、进气口；所述抽真空口与真空泵连通；所述进气口与气体输送管道连通；

所述石墨烯生长工艺腔至少具有两个；所述石墨烯生长工艺腔安装在固定平台上；所述石墨烯生长工艺腔具有工艺腔外管，所述加热装置设置在工艺腔外管的外侧；所述安装固定平台上设置有将加热装置从一个工艺腔外管外侧移动到另一个工艺腔外管外侧的加热装置移动装置。

进一步的，所述石墨烯生长工艺腔在安装固定平台上沿圆周均匀分布。

优选的，所述石墨烯生长工艺腔竖向安装在安装固定平台上；所述加热装置为加热罩，所述加热装置套装在工艺腔外管上；所述加热装置移动装置包括旋转底座以及伸缩装置；所述旋转底座固定安装在安装固定平台上，所述伸缩装置竖直安装在旋转底座上；所述伸缩装置具有的固定端与旋转底座绕旋转底座的中心线转动配合；所述伸缩装置具有的伸缩端位于加热装置的一侧且与加热装置固定连接。

优选的，所述石墨烯生长工艺腔横向安装在安装固定平台上；且所述石墨烯生长工艺腔设置有密封法兰的一端指向安装固定平台的外侧；

所述加热装置为加热罩，所述加热装置套装在工艺腔外管上；所述加热装置移动装置包括支撑柱、旋转臂以及滑块；所述旋转臂的一端绕支撑柱的轴线与支撑柱转动连接，所述旋转臂的另一端位于加热装置的上方，所述滑块滑动安装在旋转臂上，所述滑块与加热装置固定连接。

进一步的，所述石墨烯生长工艺腔具有密封法兰的一端的内腔内设置有匀流隔热板。

进一步的，每个石墨烯生长工艺腔的抽真空口与真空泵之间的连通管道上均设置有阀门。

进一步的，每个石墨烯生长工艺腔的进气口与气体输送管道之间的连通管道上均设置有阀门。

进一步的，所述石墨烯生长工艺腔具有内管和工艺外管；所述进气口设置在内管底部的中心位置；所述抽真空口设置在内管具有的外圈与工艺外管内圈之间的区域内。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的多工位石墨烯快速生长设备具有以下优点：

1)可以根据石墨烯制备工艺时间，灵活设置石墨烯生长工艺腔，避免设备等待造成的资源浪费，同时，也可极大提高石墨烯薄膜的生产效率；

2)因各个工艺腔是独立设置，则各个工艺腔可根据工艺制备不同类型的石墨烯样品；此外，该设备可以进一步拓展，可以将其它工位设置成其它不同CVD材料制备工艺腔；

3)石墨烯降温过程中，使用气体单一或不使用工艺气体，故多个石墨烯工艺腔工位可以共用一套工艺气路；

4)不同的石墨烯工艺腔工位可单独设置一套真空抽气系统，也可公用一套真空抽气系统。

附图说明

图1是本实用新型实施例中多工位石墨烯快速生长设备中石墨烯生长工艺腔竖向安装时的主视图；

图2是图1中加热装置从工艺腔外管上脱开时的结构示意图；

图3是图2中加热装置转向到另一个工艺腔外管上方时的结构示意图；

图4是图2中加热装置安装在另一个工艺腔外管外侧时的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中多工位石墨烯快速生长设备中石墨烯生长工艺腔竖向安装且在固定安装板上沿圆周均匀分布时的主视图；

图6是本实用新型实施例中多工位石墨烯快速生长设备中石墨烯生长工艺腔横向安装时的主视图；

图7是图6中加热装置从工艺腔外管上脱开时的结构示意图；

图8是图7中加热装置转向到另一个工艺腔外管上方时的结构示意图；

图9是图7中加热装置安装在另一个工艺腔外管外侧时的结构示意图；

图10是本实用新型实施例中多工位石墨烯快速生长设备中石墨烯生长工艺腔横向安装且在固定安装板上沿圆周均匀分布时的主视图；

图中标示：1-安装固定平台，2-石墨烯生长工艺腔，21-工艺腔外管，22-密封法兰，23-抽真空口，24-进气口，25-匀流隔热板，26-内管，3-真空泵，4-气体输送管道，5-加热装置，6-加热装置移动装置，7-阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图5所示，本实用新型所述的多工位石墨烯快速生长设备，包括安装固定平台1、真空泵3、气体输送管道4、加热装置5、石墨烯生长工艺腔2；所述石墨烯生长工艺腔2具有密封法兰22、抽真空口23、进气口24；所述抽真空口23与真空泵3连通；所述进气口24与气体输送管道4连通；

所述石墨烯生长工艺腔2至少具有两个；所述石墨烯生长工艺腔2安装在固定平台1上；所述石墨烯生长工艺腔2具有工艺腔外管21，所述加热装置5设置在工艺腔外管21的外侧；所述安装固定平台1上设置有将加热装置5从一个工艺腔外管21外侧移动到另一个工艺腔外管21外侧的加热装置移动装置6。

具体的，石墨烯工艺腔2，具有的内管26和工艺腔外管21的材质可以选石英、石墨、陶瓷等耐高温材料，本实用新型优选石英；工艺腔外管21外管为U形管，内管26设置在U形管内部。具体的，不同的石墨烯工艺腔2可单独设置一个真空泵3，也可以共用一个真空泵真3。所述石墨烯生长工艺腔2的进气口24可设置成导气管导到石墨烯工艺腔2顶部进气、底部抽气或者不设置内管26直接进气；所述石墨烯工艺腔2可设置成立式，也可设置成卧室，同样根据工艺需求，可设置部分立式、部分卧式。

在应用的过程中：根据石墨烯生长结束后降温、取换样的时间，灵活设置2个、3个或多个石墨烯工艺腔2的工位，即在第一个石墨烯工艺腔2的工位结束石墨烯生长后，保持加热炉温度不变，通过加热装置移动装置6将加热装置5移到第二个石墨烯工艺腔2的工位上，进行石墨烯薄膜制备；如果在第二工位完成石墨烯薄膜制备后，第一个石墨烯工艺腔2的工位仍未完成降温及取、换样过程，则继续将高温炉体移至第三个石墨烯工艺腔2的工位进行石墨烯制备；以此类推，直至第一个石墨烯工艺腔2完成石墨烯样品降温及取、换样过程，高温加热炉体则返回至第一个石墨烯工艺腔进行石墨烯生长。

综上所述，本实用新型所述的多工位石墨烯快速生长设备具有以下优点：

1)可以根据石墨烯制备工艺时间，灵活设置石墨烯生长工艺腔，避免设备等待造成的资源浪费，同时，也可极大提高石墨烯薄膜的生产效率；

2)因各个工艺腔是独立设置，则各个工艺腔可根据工艺制备不同类型的石墨烯样品；此外，该设备可以进一步拓展，可以将其它工位设置成其它不同CVD材料制备工艺腔；

3)石墨烯降温过程中，使用气体单一或不使用工艺气体，故多个石墨烯工艺腔工位可以共用一套工艺气路；

4)不同的石墨烯工艺腔工位可单独设置一套真空抽气系统，也可公用一套真空抽气系统。

为了便于安装，同时便于区分各个石墨烯生长工艺腔2，进一步的，所述石墨烯生长工艺腔2在安装固定平台1上沿圆周均匀分布。

所述加热装置移动装置6的主要作用是将加热装置5从一个石墨烯生长工艺腔2上移动到另一个石墨烯生长工艺腔2上。因此加热装置移动装置6具有多种实现方式，如机械手臂。

为了降低制造成本，同时便于操作，一种优选的方式为：所述石墨烯生长工艺腔2竖向安装在安装固定平台1上；所述加热装置5为加热罩，所述加热装置5套装在工艺腔外管21上；如图1至图4所示，所述加热装置移动装置6包括旋转底座62以及伸缩装置61；所述旋转底座62固定安装在安装固定平台1上，所述伸缩装置61竖直安装在旋转底座62上；所述伸缩装置61具有的固定端与旋转底座62绕旋转底座62的中心线转动配合；所述伸缩装置61具有的伸缩端位于加热装置5的一侧且与加热装置5固定连接。

在通过加热装置移动装置6对加热装置5进行移动的过程中：

首先如图1所示，加热装置5位于一个石墨烯生长工艺腔2的工艺腔外管21的外侧。当该石墨烯生长工艺腔2结束石墨烯生长后，不需要再进行加热。此时，如图2所示，保持加热炉温度不变，通过加热装置移动装置6的伸缩装置61使得加热装置5升高，并且脱离石墨烯生长工艺腔2。然后如图3所示，通过加热装置移动装置6在旋转底座62上转动，使得加热装置5位于另一个石墨烯生长工艺腔2上方，然后如图4所示，通过加热装置移动装置6的伸缩装置61使得加热装置5下降，直到加热装置5安装在石墨烯生长工艺腔2的外侧。以此类推，直至第一个石墨烯工艺腔2完成石墨烯样品降温及取、换样过程，高温加热炉体则返回至第一个石墨烯工艺腔进行石墨烯生长。从而实现加热装置5的转移；实现对加热装置5的充分利用。

另一种优选的方式为，所述石墨烯生长工艺腔2横向安装在安装固定平台1上，且所述石墨烯生长工艺腔2上设置有密封法兰22的一端指向安装固定平台1的外侧；所述加热装置5为加热罩，所述加热装置5套装在工艺腔外管21上；

如图6-9所示，所述加热装置移动装置6包括支撑柱63、旋转臂64以及滑块65；所述旋转臂64的一端绕支撑柱63的轴线与支撑柱63转动连接，所述旋转臂64的另一端位于加热装置5的上方，所述滑块65滑动安装在旋转臂64上，所述滑块65与加热装置5固定连接。

在使用过程中：

首先如图6所示，加热装置5位于一个石墨烯生长工艺腔2的工艺腔外管21的外侧。当该石墨烯生长工艺腔2结束石墨烯生长后，不需要再进行加热。此时，如图7所示，通过移动加热装置移动装置6上的滑块65使得加热装置5脱离石墨烯生长工艺腔2。然后如图8所示，通过旋转加热装置移动装置6上的旋转臂63，使得加热装置5正对另一个石墨烯生长工艺腔2。然后如图9所示，通过移动加热装置移动装置6上的滑块65使得加热装置5安装在另一个石墨烯生长工艺腔2上。此类推，直至第一个石墨烯工艺腔2完成石墨烯样品降温及取、换样过程，高温加热炉体则返回至第一个石墨烯工艺腔进行石墨烯生长。

为了使得工艺气体能够均分的进入石墨烯生长工艺腔2，进一步的，所述石墨烯生长工艺腔2具有密封法兰22的一端的内腔内设置有匀流隔热板25。

为了实现对每个石墨烯生长工艺腔2抽真空的单独控制，具体的，每个石墨烯生长工艺腔2的抽真空口23与真空泵3之间的连通管道上均设置有阀门7。

为了实现对每个石墨烯生长工艺腔2加入工艺气体的单独控制，具体的，每个石墨烯生长工艺腔2的进气口24与气体输送管道4之间的连通管道上均设置有阀门7。

为了使得气体从内管26中间多点进入到石墨烯生长工艺腔2，真空抽气系统从石墨烯生长工艺腔2的内管26具有的外圈与工艺外管21具有的内圈之间的区域内抽气，实现气体从中间均匀分散在工艺腔内部，并从工艺腔顶端分散进入内外管中间被真空系统抽走；具体的，所述石墨烯生长工艺腔2具有内管26和工艺外管21；所述进气口24设置在内管26底部的中心位置；所述抽真空口23设置在内管26具有的外圈与工艺外管21具有的内圈之间的区域内。