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材料的制备方法和制备设备是研究材料性能及其应用的前提与基础。作为一种极具潜力的纳米碳材料制备技术，μCVD（微型化学气相沉积）系统的研究与开发对促进纳米碳材料和器件的发展具有重要意义。 本文首先从传统化学气相沉积设备中碳纳米管和石墨烯的生长原理出发，提出改进μCVD生长纳米碳材料质量的关键问题。针对这些关键问题，首先使用Pro/Engineer和Ansys对μCVD中作为材料生长基体的微芯片的物理结构进行了设计与仿真。其次，为了实现对μCVD系统工艺温度的精确测量，建立了一套适用于μCVD系统的非接触测温系统，并使用MATLAB开发了相关的测温软件。最后，基于自整定PID（Proportion-Integration-Differentiation，比例-积分-微分）原理设计了适用于μCVD系统的温度控制系统，并基于STM32微控制器完成了整个温度控制系统的硬件原理设计，且对其相应的软件配置进行了介绍。 论文工作的主要成果及创新点体现在: (1)采用传热学理论，在考虑工艺环境的前提下对上CVD系统生长碳纳米管的微芯片结构进行了优化设计与仿真，所设计的μCVD芯片可以在较大范围保证温度分布的均匀性，从而可以为碳纳米管生长提供更好的环境。 (2)采用基于图像传感器的非接触测温方法对μCVD系统温度监测系统进行了设计与实现，并利用所开发的测温软件对图像测温方法进行了仿真计算，结果表明该测温方法可以有效测得目标体的温度，并可以同时得到整个温度场。 (3)采用计算动词自整定PID控制器设计了相应的温度控制系统的硬件与软件，仿真结果表明计算动词PID算法复杂度低、计算效率高，相比传统模糊自整定PID控制器更适用于μCVD系统。 此外，本文还对μCVD系统的机械结构和气路系统进行了设计，对相关配件材料的选择、使用进行了详细说明，并对系统装配与使用中的注意事项进行了规定，以确保系统的安全性与可靠性。