一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的方法及系统与流程

1.本发明涉及石墨烯生产领域，特别是涉及一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的方法及系统。


背景技术：

2.基于石墨烯薄膜的极高的透光性，优良的导热性和导电性，因而石墨烯具有广泛的应用；例如，在触摸屏以及柔性显示领域，石墨烯的透明导电性及柔韧性在柔性显示领域有巨大作用，为石墨烯替代氧化铟锡材料(ito)打开了巨大的市场竞争力，其针对ito的替代性需求巨大。
3.化学气相沉积cvd是目前最可能实现量产制备石墨烯薄膜的方法，如今cvd法制备石墨烯薄膜采用卷对卷连续制备方式，能够快速大规模制备出大面积的石墨烯。当然，制备过程中，还需要把石墨烯从铜基底材料上剥离下来，转移到目标基底上使用，这个步骤也称作石墨烯的转移。转移分两个关键步骤：包括覆膜(覆盖目标基底)以及剥离铜基底。石墨烯生长在铜箔上有分静态生长和动态生长，动态生长即卷对卷的生长方式。卷对卷生长完成后的铜箔上附上了一层石墨烯，成卷的石墨烯铜箔采用卷对卷的连续转移方式更为方便。有研究学者一直需要有固定长度的石墨烯铜箔进行性能等研究，而目前，石墨烯铜箔分切技术比较少。而作为研究来说，转移时需要剪切固定长度的石墨烯铜箔，该过程因实验条件及实验者的操作，易导致铜箔变形弯折，影响膜质量及转移结果。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的方法及系统，旨在实现对成卷石墨烯铜箔的分切及保存，通过在pet夹层中热压石墨烯铜箔的方法，实现石墨烯铜箔不易受空气氧化，移动过程铜箔免受变形的影响，易于运输，且大大减小了剪切过程铜箔的变形量，在需转移的石墨烯一面，已经被均匀喷洒胶体并固化，可直接剪取所需大小的石墨烯铜箔进行刻蚀步骤，此步骤只要撕开一侧pet层即可，简化转移的涂胶固化过程，方便研究者使用。
5.为实现上述目的，本发明第一方面公开了一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的方法，所述方法包括：
6.步骤s1、引导卷绕于石墨烯铜箔卷轮上的石墨烯铜箔装入进料导轮组中，并启动所述进料导轮组，使所述进料导轮组对所述石墨烯铜箔进行传输；
7.步骤s2、响应于所述石墨烯铜箔到达胶体喷涂装置的喷涂位置，控制所述胶体喷涂装置对所述石墨烯铜箔进行胶体喷涂；
8.步骤s3、响应于所述石墨烯铜箔经过铜箔激光切割机构第一长度，控制所述铜箔激光切割机构对所述石墨烯进行切割；
9.步骤s4、在所述石墨烯铜箔进入热压辊组之前，将位于所述热压辊组两侧的pet膜引导至所述热压辊组，以使所述石墨烯铜箔到达所述热压辊组时，所述pet膜已经进入所述
热压辊组第二长度；其中，所述pet膜卷绕于所述pet膜卷轮上，所述pet膜的宽度大于所述石墨烯铜箔；
10.步骤s5、控制所述热压辊组对所述石墨烯铜箔和所述pet膜进行热压封存，以使两侧的所述pet膜紧贴所述石墨烯铜箔，构成pet膜-石墨烯铜箔-pet膜的结构；
11.步骤s6、响应于所述pet膜-石墨烯铜箔-pet膜中的所述石墨烯铜箔完全经过pet激光切割机构且继续运动第三长度，控制所述pet激光切割机构对所述pet膜进行切割；
12.步骤s7、控制所述曲面皮带轮模组对热压封存后的所述石墨烯铜箔进行运输，响应于热压封存后的石墨烯铜箔到达所述紫外灯组固化装置的照射位置，控制所述紫外灯组固化装置对所述石墨烯铜箔上的胶体进行光照固化，获得热压封存的pet石墨烯铜箔。
13.可选的，在所述步骤s2中，所述胶体喷涂装置的喷嘴采用雾化喷嘴且朝向为竖直向上，所述石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向下，所述雾化喷嘴将所述胶体进行雾化并均匀喷涂在所述石墨烯铜箔涂布面上。
14.可选的，所述胶体为聚甲基丙烯酸甲酯胶体。
15.可选的，在步骤s2后，所述方法还包括：
16.通过改向导轮对所述石墨烯铜箔进行引导，以使所述石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向上；
17.控制设置在所述石墨烯铜箔上方的热风枪对所述石墨烯铜箔上的胶体进行吹气加热使所述胶体扩散均匀。
18.可选的，所述热风枪对所述石墨烯铜箔上的所述胶体的加热温度为40℃-70℃；所述热风枪的风速为1m/s-6m/s。
19.可选的，所述步骤s1中，所述进料导轮组外圈有塑料膜包覆，避免损坏所述石墨烯铜箔的表层。
20.本发明第二方面公开了一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的系统，所述系统包括：石墨烯铜箔卷轮、进料导轮组、胶体喷涂装置、铜箔激光切割机构、热压辊组、pet膜卷轮、pet激光切割机构、曲面皮带轮模组以及紫外灯组固化装置；所述石墨烯铜箔卷轮卷绕有石墨烯铜箔，所述pet膜卷轮卷绕有pet膜；
21.所述进料导轮组用于运输所述石墨烯铜箔依次经过所述胶体喷涂装置、所述铜箔激光切割机构、所述热压辊组以及所述pet激光切割机构；曲面皮带轮模组用于运输经所述pet激光切割机构切割后的所述石墨烯铜箔；
22.所述胶体喷涂装置，用于响应于所述石墨烯铜箔到达胶体喷涂装置的喷涂位置，对所述石墨烯铜箔进行胶体喷涂；
23.所述铜箔激光切割机构，用于响应于所述石墨烯铜箔经过铜箔激光切割机构第一长度，对所述石墨烯进行切割；
24.所述热压辊组，用于对所述石墨烯铜箔和所述pet膜进行热压封存，以使两侧的所述pet膜紧贴所述石墨烯铜箔，构成pet膜-石墨烯铜箔-pet膜的结构；其中，在所述石墨烯铜箔进入热压辊组之前，位于所述热压辊组两侧的pet膜被引导至所述热压辊组，以使所述石墨烯铜箔到达所述热压辊组时，所述pet膜已经进入所述热压辊组第二长度；
25.所述pet激光切割机构，用于响应于所述pet膜-石墨烯铜箔-pet膜中的所述石墨烯铜箔完全经过pet激光切割机构且继续运动第三长度，对所述pet膜进行切割；
26.所述紫外灯组固化装置，用于响应于热压封存后的石墨烯铜箔到达所述紫外灯组固化装置的照射位置，对所述石墨烯铜箔上的胶体进行光照固化，获得热压封存的pet石墨烯铜箔。
27.可选的，在对所述石墨烯进行胶体喷涂时，所述胶体喷涂装置的喷嘴采用雾化喷嘴且朝向为竖直向上，所述石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向下，所述雾化喷嘴用于将所述胶体进行雾化并均匀喷涂在所述石墨烯铜箔涂布面上。
28.可选的，所述系统还包括：改向导轮和热风枪；
29.所述改向导轮，用于对所述石墨烯铜箔进行引导，以使所述石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向上；
30.所述热风枪，用于对所述石墨烯铜箔上的胶体进行吹气加热使所述胶体扩散均匀。
31.可选的，所述热风枪对所述石墨烯铜箔上的所述胶体的加热温度为40℃-70℃；所述热风枪的风速为1m/s-6m/s。
32.可选的，所述进料导轮组外圈有塑料膜包覆，避免损坏所述石墨烯铜箔的表层。
33.本发明的有益效果：1、本发明通过卷对卷的方式将石墨烯铜箔封存在pet膜中，并在需转移的石墨烯一面，均匀喷洒胶体并固化，后经热压固化石墨烯铜箔加固。通过pet膜隔绝了空气，实现石墨烯铜箔不易受空气氧化，移动过程铜箔免受变形的影响，易于运输，且大大减小了剪切过程铜箔的变形量。且在使用时，可直接剪取所需大小的石墨烯铜箔进行刻蚀步骤，只要撕开一侧pet层即可，简化转移的涂胶固化过程，方便研究者使用。2、本发明在胶体喷涂时，胶体喷涂装置的喷嘴采用雾化喷嘴且朝向为竖直向上，石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向下，雾化喷嘴将胶体进行雾化并均匀喷涂在石墨烯铜箔涂布面上。有以下好处：第一、采用雾化喷涂可以有效减少胶体对石墨烯铜箔的冲击力，避免石墨烯铜箔的品质受到伤害，甚至损坏。第二、通过将采用向上喷涂，降低向下喷涂的重力加速而对石墨烯铜箔进行冲击破坏的力度，也可以避免石墨烯铜箔的品质受到伤害。3、本发明通过改向导轮对石墨烯铜箔进行引导，以使石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向上；控制设置在石墨烯铜箔上方的热风枪对石墨烯铜箔上的胶体进行吹气加热使胶体扩散均匀。采用热风枪微风加热将胶体扩散均匀，一方面提高雾化喷涂的胶体的均匀扩散，并加热提高扩散速度，另一方面采用微风降低对石墨烯铜箔表面的冲击破坏。综上，本发明通过卷对卷方式实现了石墨烯铜箔的分切及保存。
附图说明
34.图1是本发明一具体实施例提供的一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的方法的流程示意图；
35.图2是本发明一具体实施例提供的一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的系统的结构示意图；
36.图3是本发明一具体实施例提供的石墨烯铜箔封存后的结构示意图。
具体实施方式
37.本发明公开了一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的方法及系统，本领域技术
人员可以借鉴本文内容，适当改进技术细节实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
38.经申请人研究发现：石墨烯铜箔分切技术比较少。而作为研究来说，转移时需要剪切固定长度的石墨烯铜箔，该过程因实验条件及实验者的操作，易导致铜箔变形弯折，影响膜质量及转移结果。此外在研究过程中还发现，当给石墨烯铜箔喷涂pmma胶时，现有的喷涂技术容易因为冲击力过大，破坏石墨烯铜箔，导致石墨烯铜箔品质下降。
39.因此，本发明实施例提供了一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的方法，如图1所示，该方法包括：
40.步骤s1：引导卷绕于石墨烯铜箔卷轮上的石墨烯铜箔装入进料导轮组中，并启动进料导轮组，使进料导轮组对石墨烯铜箔进行传输。
41.需要说明的是，进料导轮组有电机进行驱动，通过转动夹持石墨烯铜箔进行传输。
42.在一具体实施例中，进料导轮组外圈有塑料膜包覆，避免损坏石墨烯铜箔的表层。
43.步骤s2：响应于石墨烯铜箔到达胶体喷涂装置的喷涂位置，控制胶体喷涂装置对石墨烯铜箔进行胶体喷涂。
44.可选的，胶体在常温下为液体，或者具有一定流动性的胶体。
45.进一步的，胶体为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)胶，简称pmma胶体。形成pmma聚合体的原子间共价键可以被高能辐射打破。因此，pmma对波长入为1nm或更短的射线以及20kev或更高能量的电子辐射敏感。基于这种光敏特性，pmma或类似的聚合物可以用作为光刻工艺中的光刻胶，即称作pmma电子束胶。
46.在一具体实施例中，在步骤s2中，胶体喷涂装置的喷嘴采用雾化喷嘴且朝向为竖直向上，石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向下，雾化喷嘴将胶体进行雾化并均匀喷涂在石墨烯铜箔涂布面上。
47.采用雾化喷嘴且竖直向上喷有两个好处：第一、雾化喷嘴可以将胶体雾化，然后喷洒至石墨烯铜箔涂布面，相较于现有技术，可以有效减少胶体对石墨烯铜箔的冲击力，避免石墨烯损坏，降低品质。第二竖直向上喷降低，避免向下喷涂的重力加速而对石墨烯铜箔进行冲击破坏的力度，也可以避免石墨烯铜箔的品质受到伤害。
48.进一步的，在步骤s2后，方法还包括：
49.通过改向导轮对石墨烯铜箔进行引导，以使石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向上；
50.控制设置在石墨烯铜箔上方的热风枪对石墨烯铜箔上的胶体进行吹气加热使胶体扩散均匀。
51.通过采用热风枪微风加热将胶体扩散均匀，一方面提高雾化喷涂的胶体的均匀扩散，并加热提高扩散速度，另一方面采用微风降低对石墨烯铜箔表面的冲击破坏。
52.具体的，热风枪对石墨烯铜箔上的胶体的加热温度为40℃-70℃；热风枪的风速为1m/s-6m/s。
53.通过雾化喷嘴竖直向上喷洒胶体以及热风枪可以有效避免生产过程中对石墨烯铜箔的冲击破坏，从而提高石墨烯的品质。
54.本实施例中只对一侧铜箔上的石墨烯进行匀胶处理，即转移的石墨烯为均胶处理一侧铜箔上石墨烯，而另一侧的石墨烯不做处理。
55.步骤s3：响应于石墨烯铜箔经过铜箔激光切割机构第一长度，控制铜箔激光切割机构对石墨烯进行切割。
56.需要说明的是，第一长度为根据需求进行设定的长度，每个热压封存的pet石墨烯铜箔含的石墨烯铜箔长度均为第一长度。
57.值得一提的是，。在不影响其余动作的情况下，铜箔切割口应尽量设置于热压辊组上方。避免铜箔预留过长而受重力往下弯曲变形，影响石墨烯转移的效果。
58.步骤s4：在石墨烯铜箔进入热压辊组之前，将位于热压辊组两侧的pet膜引导至热压辊组，以使石墨烯铜箔到达热压辊组时，pet膜已经进入热压辊组第二长度。
59.其中，pet膜卷绕于pet膜卷轮上，pet膜的宽度大于石墨烯铜箔。pet膜是一种性能比较全面的包装薄膜。其透明性好，有光泽；具有良好的气密性和保香性；
60.需要说明的是，两侧的pet膜先进入热压辊组进行压制，使两个pet膜的头部贴在一起，这时石墨烯铜箔进入两个pet膜形成的夹层中，能保证石墨烯铜箔不露在空气中。pet膜的宽度大于石墨烯铜箔是为了pet膜在压制时，受到挤压对石墨烯铜箔可以进行包裹。
61.步骤s5：控制热压辊组对石墨烯铜箔和pet膜进行热压封存，以使两侧的pet膜紧贴石墨烯铜箔，构成pet膜-石墨烯铜箔-pet膜的结构。
62.步骤s6：响应于pet膜-石墨烯铜箔-pet膜中的石墨烯铜箔完全经过pet激光切割机构且继续运动第三长度，控制pet激光切割机构对pet膜进行切割。
63.需要说明的是，响应于pet膜-石墨烯铜箔-pet膜中的石墨烯铜箔完全经过pet激光切割机构且继续运动第三长度后进行切割是为了保证，石墨烯铜箔尾部也可以有pet膜进行包裹。
64.步骤s4-步骤s6保证了pet膜长度和宽度均大于石墨烯铜箔，可以对石墨烯首部、尾部以及侧部进行全包裹，隔绝了空气避免了氧化。
65.步骤s4-步骤s6形成的石墨烯铜箔截面如图3所示，包括：包裹在外侧的pet膜301，以及被包裹的石墨烯铜箔302。
66.可选的，步骤s3中采用的铜箔激光切割机构和步骤s6中采用的pet激光切割机构均包括：激光切割机和激光能量吸收板，二者相对设置。激光能量吸收板确保激光切割铜箔后，剩余能量损害其他部件。
67.可选的，在步骤s6切割之后，石墨烯铜箔采用出料导轮夹紧并以一速度往下输送已封存的石墨烯铜箔，防止石墨烯铜箔自由落体往下掉落。
68.步骤s7、控制曲面皮带轮模组对热压封存后的石墨烯铜箔进行运输，响应于热压封存后的石墨烯铜箔到达紫外灯组固化装置的照射位置，控制紫外灯组固化装置对石墨烯铜箔上的胶体进行光照固化，获得热压封存的pet石墨烯铜箔。
69.可选的，紫外灯组固化装置采用大功率紫外灯可以加速固化。
70.在本实施例中，优选的，进料导轮，热压辊组，出料导轮线速度一致，避免样品在切割和前进过程出现折皱。
71.更优选的，在每次切割石墨烯铜箔或者pet膜时，本实施例的驱动装置均在暂停状态，确保切口的平整性。在石墨烯铜箔安装所在供料辊及pet卷轮组均为随动轮，通过进料
导轮，热压辊组，出料导轮对铜箔和pet进行牵引，由于轮滑机构存在一定摩擦阻力，将促使铜箔和pet膜在供给的过程中平整性更佳。
72.本实施例中及激光切割装置均为可移动装置，依靠激光切割设备沿导轨直线移动来完成直线切割。
73.根据上述实施例提供的一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的方法，本发明实施例还提供了一种用于分切卷对卷石墨烯铜箔并封存的系统，该系统适用于上述方法实施例，如图2所示包括：石墨烯铜箔卷轮201、进料导轮组202、胶体喷涂装置203、铜箔激光切割机构204、热压辊组205、pet膜卷轮206、pet激光切割机构207、曲面皮带轮模组208以及紫外灯组固化装置209；石墨烯铜箔卷轮201卷绕有石墨烯铜箔，pet膜卷轮206卷绕有pet膜；
74.进料导轮组202用于运输石墨烯铜箔依次经过胶体喷涂装置203、铜箔激光切割机构204、热压辊组205以及pet激光切割机构207；曲面皮带轮模组208用于运输经pet激光切割机构207切割后的石墨烯铜箔；
75.胶体喷涂装置203，用于响应于石墨烯铜箔到达胶体喷涂装置203的喷涂位置，对石墨烯铜箔进行胶体喷涂；
76.铜箔激光切割机构204，用于响应于石墨烯铜箔经过铜箔激光切割机构204第一长度，对石墨烯进行切割；
77.热压辊组205，用于对石墨烯铜箔和pet膜进行热压封存，以使两侧的pet膜紧贴石墨烯铜箔，构成pet膜-石墨烯铜箔-pet膜的结构；其中，在石墨烯铜箔进入热压辊组205之前，位于热压辊组205两侧的pet膜被引导至热压辊组205，以使石墨烯铜箔到达热压辊组205时，pet膜已经进入热压辊组205第二长度；
78.pet激光切割机构207，用于响应于pet膜-石墨烯铜箔-pet膜中的石墨烯铜箔完全经过pet激光切割机构207且继续运动第三长度，对pet膜进行切割；
79.紫外灯组固化装置209，用于响应于热压封存后的石墨烯铜箔到达紫外灯组固化装置209的照射位置，对石墨烯铜箔上的胶体进行光照固化，获得热压封存的pet石墨烯铜箔。
80.可选的，在对石墨烯进行胶体喷涂时，胶体喷涂装置203的喷嘴采用雾化喷嘴且朝向为竖直向上，石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向下，雾化喷嘴用于将胶体进行雾化并均匀喷涂在石墨烯铜箔涂布面上。
81.可选的，系统还包括：改向导轮210和热风枪211；
82.改向导轮210，用于对石墨烯铜箔进行引导，以使石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向上；
83.热风枪211，用于对石墨烯铜箔上的胶体进行吹气加热使胶体扩散均匀。
84.可选的，热风枪211对石墨烯铜箔上的胶体的加热温度为40℃-70℃；热风枪211的风速为1m/s-6m/s。
85.可选的，进料导轮组202外圈有塑料膜包覆，避免损坏石墨烯铜箔的表层。
86.可选的，本系统还包括：出料导轮212设置在热压辊组205下方，用于夹紧并以一速度往下输送已封存的铜箔，防止铜箔自由落体往下掉落。
87.本发明实施例通过卷对卷的方式将石墨烯铜箔封存在pet膜中，并在需转移的石墨烯一面，均匀喷洒胶体并固化，后经热压固化石墨烯铜箔加固。通过pet膜隔绝了空气，实
现石墨烯铜箔不易受空气氧化，移动过程铜箔免受变形的影响，易于运输，且大大减小了剪切过程铜箔的变形量。且在使用时，可直接剪取所需大小的石墨烯铜箔进行刻蚀步骤，只要撕开一侧pet层即可，简化转移的涂胶固化过程，方便研究者使用。本发明实施例在胶体喷涂时，胶体喷涂装置203的喷嘴采用雾化喷嘴且朝向为竖直向上，石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向下，雾化喷嘴将胶体进行雾化并均匀喷涂在石墨烯铜箔涂布面上。有以下好处：第一、采用雾化喷涂可以有效减少胶体对石墨烯铜箔的冲击力，避免石墨烯铜箔的品质受到伤害，甚至损坏。第二、通过将采用向上喷涂，降低向下喷涂的重力加速而对石墨烯铜箔进行冲击破坏的力度，也可以避免石墨烯铜箔的品质受到伤害。本发明实施例通过改向导轮210对石墨烯铜箔进行引导，以使石墨烯铜箔涂布面的朝向为竖直向上；控制设置在石墨烯铜箔上方的热风枪211对石墨烯铜箔上的胶体进行吹气加热使胶体扩散均匀。采用热风枪211微风加热将胶体扩散均匀，一方面提高雾化喷涂的胶体的均匀扩散，并加热提高扩散速度，另一方面采用微风降低对石墨烯铜箔表面的冲击破坏。综上，本发明实施例通过卷对卷方式实现了石墨烯铜箔的分切及保存。
88.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
89.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
90.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。