一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉的制作方法

本发明涉及石墨烯生长，具体为一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉。

背景技术：

1、石墨烯(graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、sic外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(cvd)。

2、现有技术中一般采用电炉设备制备石墨烯，电炉中的电阻丝加热方式加热速度较慢，电阻丝需要先加热炉内管体，再通过热辐射加热炉内管内的物料，而炉管与炉体之间一般都设置有保温层，在电阻丝加热过程中炉体的保温层也会积蓄较多的热量，不利于石墨烯原材料的快速升温，且电炉控温精度较低，降温速度慢，不适合石墨烯的快速连续膨胀，石墨烯生长完成后，热场无法快速离开真空石英腔，无法实现石墨烯材料生长后的快速冷却，降低了石墨烯生产的质量，因此发明人设计了一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，解决上述技术问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，解决了传统电炉设备制备石墨烯不能快速加热和降温的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，包括由支架支撑的炉体和石墨烯生长石英腔体，所述炉体的左右两端口均安装有封闭法兰盘，石墨烯生长石英腔体通过两个法兰盘贯穿炉体，石墨烯生长石英腔体的两端通过定位架支撑定位，石墨烯生长石英腔体在位于炉体内腔部分安装有刚玉舟，刚玉舟内铺设有铜箔片，石墨烯生长石英腔体的两端口分别安装有石墨烯生长进气接头和石墨烯生长出气接头，炉体的顶部安装有与其内腔相连通的烟囱。

5、所述炉体从外到内依次由不锈钢层一、不锈钢层二、不锈钢层三和不锈钢层四组成，炉体的组成内外层之间相互固定，保障结构之间配合实用的稳定性，不锈钢层一和不锈钢层二之间组成的空腔为外冷水层，不锈钢层二和不锈钢层三之间组成的空腔为燃气层，不锈钢层三和不锈钢层四之间组成的空腔为内冷水层，外冷水层、燃气层和内冷水层均为独立空腔，不锈钢层四的内侧壁均匀设置有与燃气层相连通的燃气喷出孔，燃气喷出孔通过连通管与燃气层的空腔相连通并与内冷水层内腔相隔断，避免燃气层导出的燃气溢入内冷水层的内腔，保障结构之间配合使用的稳定性，炉体的底部从左到右依次设置有外冷水层导入接头、燃气层接头和内冷水层导入接头，外冷水层导入接头的末端口与外冷水层的内腔相连通，燃气层接头的末端口与燃气层的内腔相连通，内冷水层接头的末端口与内冷水层的内腔相连通，炉体的顶部分别设置有与外冷水层和内冷水层相连通的外冷水排出管和内冷水排出管，外冷水层导入接头和内冷水层导入接头外接冷水机，使得冷水能够导入外冷水层和内冷水层，循环水进行换热之后通过内冷水排出管和外冷水排出管进行排出。

6、两个所述封闭法兰盘的端面均环形阵列开设有透气孔，透气孔的设置保障燃气在炉体内腔彻底燃烧，两个封闭法兰盘的中心位置均开设有用于贯穿石墨烯生长石英腔体的贯穿孔，石墨烯生长石英腔体通过贯穿孔贯穿炉体内腔，其中一个法兰盘的透气孔内安装有用于点燃燃气的点火器，另外一个法兰盘的透气孔内安装有用于实时监控温度的温度传感器。

7、优选的，所述不锈钢层一、不锈钢层二、不锈钢层三和不锈钢层四所组成的外冷水层、燃气层和内冷水层通过两个封闭法兰盘密封封堵，保障炉体内外层之间的流体稳定配合。

8、优选的，所述炉体的横线中心线和石墨烯生长石英腔体的横向中心线相重合，保障石墨烯生长石英腔体在炉体内均匀受热。

9、优选的，所述烟囱的底部端口从上到下依次贯穿不锈钢层一、不锈钢层二、不锈钢层三和不锈钢层四并与炉体的燃烧内腔相连通，燃气通过燃气喷出孔喷出燃烧后，产生的烟气通过烟囱排出。

10、优选的，所述燃气喷出孔的环形阵列设置在炉体的内腔，燃气喷出孔的内端口均朝向炉体内腔的中心线，保障燃气喷出孔所喷射出来的火焰直接作用于炉体内腔，石墨烯生长石英腔体内的石墨烯原材料能够均匀高温受热生长，有效提高石墨烯生产质量。

11、优选的，所述温度传感器采用接触式热电偶或者红外传感器，温度传感器的设置能够有效实时监测炉体内腔的加热温度，便于相关操作人员进行系统调节操作。

12、(三)有益效果

13、本发明提供了一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉。具备以下有益效果：

14、该基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，通过设置外冷水层、燃气层和内冷水层相互配合，在设备对石墨烯原料进行高温加热时，燃气层通过燃气喷出孔对炉体的内腔直接加热，区别于传统电炉电阻丝加热的方式，热量直接有效的作用于石墨烯原材料，提高电炉体内腔的加热升温速度，通过外冷水层导入接头和内冷水层导入接头外接冷水机，冷水机打循环实时把炉体内壁的壁温带走，使得炉体火苗温度能更加升温到高温提供基础，保障炉体内部结构在高温环境下正常运行，冷却系统采用外冷水层和内冷水层同时冷却炉体，冷却效果好，使得炉体能够达到实时冷却，为喷出高温喷火苗奠定基础，能够有效的对炉体内的温度进行把控，使得燃气加热的最高温度能够达到2000℃甚至更高温度。

技术特征：

1.一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，包括由支架支撑的炉体和石墨烯生长石英腔体，其特征在于：所述炉体的左右两端口均安装有封闭法兰盘，石墨烯生长石英腔体通过两个法兰盘贯穿炉体，石墨烯生长石英腔体的两端通过定位架支撑定位，石墨烯生长石英腔体在位于炉体内腔部分安装有刚玉舟，刚玉舟内铺设有铜箔片，石墨烯生长石英腔体的两端口分别安装有石墨烯生长进气接头和石墨烯生长出气接头，炉体的顶部安装有与其内腔相连通的烟囱；

2.根据权利要求1所述的一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，其特征在于：所述不锈钢层一、不锈钢层二、不锈钢层三和不锈钢层四所组成的外冷水层、燃气层和内冷水层通过两个封闭法兰盘密封封堵。

3.根据权利要求1所述的一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，其特征在于：所述炉体的横线中心线和石墨烯生长石英腔体的横向中心线相重合。

4.根据权利要求1所述的一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，其特征在于：所述烟囱的底部端口从上到下依次贯穿不锈钢层一、不锈钢层二、不锈钢层三和不锈钢层四并与炉体的燃烧内腔相连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，其特征在于：所述燃气喷出孔的环形阵列设置在炉体的内腔，燃气喷出孔的内端口均朝向炉体内腔的中心线。

6.根据权利要求1所述的一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，其特征在于：所述温度传感器采用接触式热电偶或者红外传感器。

技术总结
本发明涉及石墨烯生长技术领域，且公开了一种基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，包括由支架支撑的炉体和石墨烯生长石英腔体，所述炉体的左右两端口均安装有封闭法兰盘，石墨烯生长石英腔体通过两个法兰盘贯穿炉体，石墨烯生长石英腔体的两端通过定位架支撑定位，石墨烯生长石英腔体在位于炉体内腔部分安装有刚玉舟，刚玉舟内铺设有铜箔片。该基于双重冷却控温的石墨烯喷火炉，区别于传统电炉电阻丝加热的方式，热量直接有效的作用于石墨烯原材料，提高电炉体内腔的加热升温速度，冷却效果好，使得炉体能够达到实时冷却，为喷出高温喷火苗奠定基础，能够有效的对炉体内的温度进行把控。

技术研发人员：于葛亮,科思厗厓,孙正乾,唐阳,金湛,葛奇
受保护的技术使用者：重庆诺奖二维材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13