一种大面积生长石墨烯的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及石墨烯生长设备【技术领域】，尤其涉及一种大面积生长石墨烯的装置。包括石英管、通气腔体、金属基底，所述通气腔体内部中空，所述通气腔体为螺旋式柱状结构，所述金属基底的形状与所述通气腔体的形状相匹配，所述金属基底沿着所述通气腔体内表面螺旋卷曲，所述通气腔体最内圈的端部与所述金属基底最内圈的端部固定连接在一起，所述通气腔体的最内圈的一侧和最外圈的同一侧上均设有进气口，所述通气腔体的内表面上设有多个出气孔，所述石英管套设在所述通气腔体外，包覆住整个所述通气腔体。本发明的有益效果是：结构简单，有利于大面积卷式生长石墨烯，节省空间，同时石墨烯生长均匀、提高产量。
【专利说明】一种大面积生长石墨烯的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯生长设备【技术领域】，尤其涉及一种大面积生长石墨烯的装置。
【背景技术】
[0002]石墨烯是碳原子基于sp2杂化组成的六角蜂巢状结构，仅一个原子层厚的二维晶体。2004年，Andre Geim和Konstantin Novoselov等人发现稳定存在的单层石墨稀，也因其在石墨烯方面的开创性工作而获得2010年诺贝尔物理学奖。近年来，石墨烯在微电子、量子物理、材料、化学等领域都表现出许多令人振奋的性能和潜在的应用前景，吸引了科学界和工业界的广泛关注。石墨烯具有优异的力、热、光、电等性质。石墨烯常温下的电子迀移率超过15000cm2/V *s，超过碳纳米管和硅晶体，而电阻率只约10_6Ω - cm,比铜或银的更低，是目前世上电阻率最小的材料。而其高达97.7%的全波段透光率是其他导电材料难以匹敌的。目前工业上通常采用金属基底的化学气相沉积(CVD)法作为制备石墨烯。但是对于大尺寸的石墨烯生长还存在着工艺难度，缺乏一种石墨烯大面积生长的生长装置。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种大面积生长石墨烯的装置，克服了石墨在传统生长装置气体分布不均、制备量小、产能低、的缺陷。
[0004]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种大面积生长石墨烯的装置，包括石英管、通气腔体、金属基底，所述通气腔体内部中空，所述通气腔体为螺旋式柱状结构，所述金属基底的形状与所述通气腔体的形状相匹配，所述金属基底沿着所述通气腔体内表面螺旋卷曲，所述通气腔体最内圈的端部与所述金属基底最内圈的端部固定连接在一起，所述通气腔体的最内圈的一侧上和最外圈的同一侧上均设有进气口，所述通气腔体的内表面上设有多个出气孔，所述石英管套设在所述通气腔体外，包覆住整个所述通气腔体。
[0005]本发明的有益效果是:结构简单，有利于大面积卷式生长石墨烯，节省空间，同时石墨烯生长均匀、提高产量。
[0006]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0007]进一步，所述出气孔均匀分布在所述通气腔体的内表面上，所述出气孔为通孔。
[0008]采用上述进一步方案的有益效果是:出气孔成阵列式均匀分布，使得反应气体可以出气均匀，使得金属基底表面形成均匀的气体环境，有利于石墨烯均匀生长。
[0009]进一步，所述通气腔体每一圈之间的间隔大于等于1mm。
[0010]采用上述进一步方案的有益效果是:适当的距离有利于放置金属基底，使得金属基底上充分生长石墨稀。
[0011]进一步，所述通气腔体内表面与外表面之间的距离为1?2mm。
[0012]采用上述进一步方案的有益效果是:通气腔体采用恰当的厚度，为金属基底提供适宜石墨烯生长的气体环境，有利于石墨烯的快速均与生长。
[0013]进一步，所述石英管的内径大于所述通气腔体最外圈的外径0.1?50mm。
[0014]采用上述进一步方案的有益效果是:石英管的内径略大于通气腔体最外圈的外径，使得通气腔体能放入石英管内，同时与石英管之间留有较小间隙。
[0015]进一步，所述通气腔体的轴向长度大于所述金属基底的轴向长度。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果是:使得通气腔体可以完全覆盖住金属基底，有利于石墨烯生长。
[0017]进一步，所述通气腔体由石英或者刚玉制成。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果是:石英或刚玉耐高温，保证石墨烯在高温环境中生长不会造成装置变形和损坏，沿着装置的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明一种大面积生长石墨烯的装置取下石英管的结构示意图；
[0020]图2为本发明一种大面积生长石墨烯的装置的横截面示意图。
[0021]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0022]1、通气腔体，2、出气孔，3、进气口，4、金属基底，5、石英管。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0024]如图1所示、图2所示，本发明用于卷式石墨的生长，包括石英管5、通气腔体1、金属基底4。所述通气腔体1由石英或者刚玉制成，所述通气腔体1内部中空，所述通气腔体1为螺旋式柱状结构，即通气腔体1 一端固定，另一端以预定的距离进行循环卷绕，循环卷绕成多圈，每相邻两圈之间的间隔相等。所述通气腔体1内表面与外表面之间的距离为1?2mm,即通气腔体1的厚度为1?2_，所述通气腔体1每一圈之间的间隔大于等于1_，即相邻两圈之间的间隔大于等于1_。对于催化基底或者金属基底4厚度较大的，根据具体情况适当增加通气腔体1每相邻两圈之间的间隔。如金属基底4厚度小于1mm时，通气腔体1相邻两圈之间的间隔大于等于1_ ;如金属基底4厚度大于1_时，通气腔体1相邻两圈之间的最小间隔要适当增大。金属基底4用来支撑和分离石墨烯，所述金属基底4的形状与所述通气腔体1的形状相匹配，所述金属基底4沿着所述通气腔体1内表面螺旋卷曲，即金属基底4位于通气腔体1相邻两圈之间。
[0025]如图1、图2所示，通气腔体1的轴向长度大于所述金属基底4的轴向长度，即通气腔体1的宽度宽于金属基底4的宽度，从而使得金属基底4完全位于通气腔体1相邻两圈之间，充分均匀的与气体接触。所述通气腔体1最内圈的端部与所述金属基底4最内圈的端部固定连接在一起。所述通气腔体1的最内圈的一侧和最外圈的同一侧上均设有进气口3，气体由进气口 3输入。所述通气腔体1的内表面上设有多个出气孔2，所述出气孔2均匀分布在所述通气腔体1的内表面上，出气孔2可采用阵列式均匀分布，所述出气孔2为通孔。气体从出气孔2中均匀排出，使得金属基底4在均匀的气体环境中生长石墨烯。克服了目前卷式生长中层间气体分布控制困难，气体分布不均匀的缺点。石英管5为空心的圆柱体形装，所述石英管5套设在所述通气腔体1外，包覆住整个所述通气腔体1，所述石英管5的内径大于所述通气腔体1最外圈的外径0.1?50_，所述通气腔体1最外圈的外径大于50mm。石英管5的内径略大于通气腔体1最外圈的外径，使得通气腔体1可以放入到石英管5中进行生长反应。
[0026]使用时，由进气口 3通入气体，气体进入到通气腔体1中，再由通气腔体1内表面上的出气孔2出气，金属基底4与出气孔2出来的气体充分均与接触，使得金属基底4处于均与的气体环境中，有利于石墨烯的均匀生长，生长效率高。
[0027]该装置的通气腔体1和金属基底4卷曲的圈数根据石英管5的内径确定，同时也要保证金属基底4最内圈造成不可回复形变。该装置的结构简单，对现有工艺过程改动很小，有利于在现有工艺中进行石墨烯的生产制造，可重复利用，生产出的石墨烯无大面积的褶皱。利用该装置生长石墨烯时，金属箔在升降温过程中有周期性局部形变褶皱的特点，可以作为后续片材剪切的位置，单元片材没有明显褶皱。而且在每圈金属基底4表面进气均匀，改善了目前卷式生长层间进气不均匀的缺点，该装置可以生产出高质量的石墨烯薄膜。与现有平面生长片材宽度D(D石英管5的直径)相比，长度增加为η 31 D，η为卷材圈数，D为单圈直径，大大增加了生产效率，节省了生产成本。
[0028]实施例一:
[0029]石英管5的内径为100mm时，石英管5管壁的厚度为2mm ;采用的通气腔体1最外圈的外径为80mm，圈数为4圈，通气腔体1的厚度为2mm，通气腔体1相邻两圈之间的间距为1mm;金属基底4采用宽度30cm的铜箔，通气腔体1的宽度采用32cm。将宽为30cm，长为56cm的铜箔卷入通气腔体1内，卷入方式可采用与通气腔体1厚度相当的软板铺在铜箔下面，将铜箔包裹成卷状，然后将铜箔导入通气腔体1中。将包裹着铜箔的通气腔体1放置于石英管5的恒温区域，然后进行化学气相沉积石墨烯薄膜。
[0030]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种大面积生长石墨烯的装置，其特征在于，包括石英管(5)、通气腔体(1)、金属基底(4)，所述通气腔体(I)内部中空，所述通气腔体(I)为螺旋式柱状结构，所述金属基底(4)的形状与所述通气腔体(I)的形状相匹配，所述金属基底(4)沿着所述通气腔体(I)内表面螺旋卷曲，所述通气腔体(I)最内圈的端部与所述金属基底(4)最内圈的端部固定连接在一起，所述通气腔体(I)的最内圈的一侧和最外圈的同一侧上均设有进气口(3)，所述通气腔体(I)的内表面上设有多个出气孔(2)，所述石英管(5)套设在所述通气腔体(I)夕卜，包覆住整个所述通气腔体(I)。
2.根据权利要求1所述的一种大面积生长石墨烯的装置，其特征在于，所述出气孔(2)均匀分布在所述通气腔体(I)的内表面上，所述出气孔(2)为通孔。
3.根据权利要求1所述的一种大面积生长石墨烯的装置，其特征在于，所述通气腔体(I)每一圈之间的间隔大于等于1_。
4.根据权利要求1所述的一种大面积生长石墨烯的装置，其特征在于，所述通气腔体(I)内表面与外表面之间的距离为I?2mm。
5.根据权利要求1所述的一种大面积生长石墨烯的装置，其特征在于，所述石英管(5)的内径大于所述通气腔体(I)最外圈的外径0.1?50mm。
6.根据权利要求1所述的一种大面积生长石墨烯的装置，其特征在于，所述通气腔体(I)的轴向长度大于所述金属基底(4)的轴向长度。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种大面积生长石墨烯的装置，其特征在于，所述通气腔体(I)由石英或者刚玉制成。
【文档编号】C23C16/26GK104480451SQ201410766516
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】高翾, 黄德萍, 李占成, 张永娜, 姜浩, 朱鹏, 史浩飞 申请人:重庆墨希科技有限公司, 中国科学院重庆绿色智能技术研究院