一种石墨烯生长设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种石墨烯生长设备。
【背景技术】
[0002]石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一层碳原子厚度的新型二维材料。由于石墨烯特殊的化学结构使其在力学、热学、光学、电学等方面具有十分优异的性质，如具有超强的导电性、宽谱段高透明度、超高的机械强度与良好的导热性等。石墨烯独特的物理性质决定了其广阔的应用前景，例如，石墨烯广泛应用于光电设备，可以用于制作柔性透明电极等，利用石墨烯制作的柔性透明电极与目前市场主导的ITO透明电极相比，透光率更强、光电转换效率更高、功耗更低、导热性更好；石墨烯还可以用于制造下一代纳米电子集成器件，制造得到的电子器件不仅运行速度快，并且耗能比现有器件显著降低；此外，石墨烯在航天器制造与医疗方面发挥着不可替代的作用。
[0003]自2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫通过实验成功地从石墨中分离出石墨烯并证实它可以单独存在后，研宄人员公开了诸多制备石墨烯的方法，如微机械剥离法、外延生长法、化学还原法、化学气相沉积法(CVD)等。其中，微机械剥离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来制备石墨烯的一种方法；外延生长法是利用硅的高蒸汽压，在高温和超高真空条件下使硅原子挥发，剩余的碳原子通过结构重排在SiC表面形成石墨烯；化学还原法是将氧化石墨与水混合，用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量肼加热回流，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯；CVD法是以甲烷等含碳化合物作为碳源，在镍、铜等具有溶碳量的金属生长基体上通过将碳源高温分解然后采用强迫冷却的方式而在基体表面形成石墨烯。采用CVD法制备的石墨烯不仅面积较大，而且具有层数可控的优点，逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法之一。
[0004]目前生长石墨烯膜的设备主要是管式炉和卷对卷的连续生长设备，比如中国专利文献CN201210561249.0公开了一种规模化石墨烯制备工艺，包括如下步骤:1)排除真空室内的杂质气体后，向真空室内通入催化气体；2)将石墨烯生长箔带中与加热装置对应的一段加热至设定的石墨烯生长温度；3)向真空室内通入碳源气体，并控制真空室内的压强为设定的石墨烯生长压强；4)驱动加热装置和石墨烯生长箔带之间产生相对移动，加热装置沿着其相对于石墨烯生长箔带的相对运动方向逐渐加热石墨烯生长箔带，待石墨烯生长箔带的石墨烯生长完成并移出加热装置后，利用快速冷却装置将石墨烯生长箔带冷却至常温。
[0005]目前生长石墨烯膜的设备存在以下缺点:
[0006]管式炉的主要缺点是:1)石墨烯生长后需要移出加热装置，再移入冷却装置，不能连续完成，生长周期较长，效率低；2)受管径的影响，生长的石墨烯面积较小，无法满足大尺寸产品的需求。
[0007]卷对卷连续生长设备的主要缺点:1)设备对密封性要求极高，设备造价昂贵；2)铜箔经高温处理后力学性能急剧下降，在卷曲的过程中会发生变形，导致表面石墨烯结构也发生破坏。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的是提供一种成本低、生长周期短、生产效率高、能够连续式生长大面积石墨烯的设备。
[0009]实现本实用新型目的的技术方案是:一种石墨烯生长设备，包括多个真空阀，依次设置在相邻两个真空阀之间的进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置，以及生长基底和传输板；所述生长基底放置在传输板的表面；所述进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置依次传送传输板；所述进料装置和降温装置内的传送机构均采用传送带；所述预热装置和沉积装置内的传送机构均采用耐高温辊道；所述进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置上均设有进气口和抽气口。
[0010]所述预热装置和沉积装置内均设有加热部件。
[0011]所述降温装置内的传送带下方设有升降式换热平台。
[0012]所述降温装置的顶部还设有排热风扇。
[0013]所述进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置的底部均设有支撑腿。
[0014]所述耐高温辊道与预热装置及沉积装置之间通过高温密封圈密封。
[0015]采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果:(1)本实用新型的进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置依次设置，并通过真空阀连接，这种结构能够实现连续式生长大面积石墨烯，满足生产大尺寸产品的需求，缩短石墨烯的生长周期，有效提高生产效率。
[0016](2)本实用新型的密封性能好，设备造价低。
[0017](3)本实用新型的生长基底放置在传输板的表面，传输板在各装置体中传送，在此过程中生长基底不受传送影响，因此生产出来的石墨烯质量高。
[0018](4)本实用新型的进气管的表面分布有多个进气孔，有利于石墨烯沉积，可进一步提尚石墨稀广品质量。
[0019](5)本实用新型的降温装置内的传送带下方设有升降式换热平台，冷却效果好，有利于快速降温。
[0020](6)本实用新型的降温装置的顶部设置排热风扇，能够进一步提升降温效果。
[0021](7)本实用新型的进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置的底部均设有支撑腿，这种结构使得各装置体离地一定距离，便于操作。
[0022](8)本实用新型的耐高温辊道与预热装置及沉积装置之间通过高温密封圈密封，这种结构能够进一步提升密封性能。
【附图说明】
[0023]为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0024]图1为本实用新型的制备石墨烯的设备的结构示意图。
[0025]附图中的标号为:
[0026]进料装置1、预热装置2、沉积装置3、降温装置4、真空阀5、生长基底6、传输板7、传送带8、耐高温辊道9、进气口 10、抽气口 11、加热部件12、进气管13、排热风扇14、升降式换热平台15、支撑腿16、高温密封圈17。
【具体实施方式】
[0027](实施例1)
[0028]见图1，本实施例的制备石墨烯的设备，包括多个真空阀5，依次设置在相邻两个真空阀5之间的进料装置1、预热装置2、沉积装置3和降温装置4，以及生长基底6和传输板7。
[0029]生长基底6放置在传输板7的表面。进料装置1、预热装置2、沉积装置3和降温装置4依次传送传输板7。进料装置1、预热装置2、沉积装置3和降温装置4的底部均设有支撑腿16。进料装置I和降温装置4内的传送机构均采用传送带8。预热装置2和沉积装置3内的传送机构均采用耐高温辊道9。传送带8和耐高温辊道9的传动速率均为20_?200mm/min。耐高温辊道9与预热装置2及沉积装置3之间通过高温密封圈17密封。进料装置1、预热装置2、沉积装置3和降温装置4上均设有进气口 10和抽气口 11。预热装置2和沉积装置3内均设有加热部件12。沉积装置3内设有进气管13。进气管13 —端开口，另一端封闭。进气管13的开口端与沉积装置3上的进气口 10连接。降温装置4内的传送带8下方设有升降式换热平台15。降温装置4的顶部还设有排热风扇14。进气管13的表面分布有多个进气孔。
[0030]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种石墨烯生长设备，其特征在于:包括多个真空阀(5)，依次设置在相邻两个真空阀(5)之间的进料装置(I)、预热装置(2)、沉积装置(3)和降温装置(4)，以及生长基底(6)和传输板(7);所述生长基底(6)放置在传输板(7)的表面；所述进料装置(I)、预热装置(2)、沉积装置(3)和降温装置(4)依次传送传输板(7);所述进料装置(I)和降温装置(4)内的传送机构均采用传送带(8);所述预热装置(2)和沉积装置(3)内的传送机构均采用耐高温辊道(9);所述进料装置(I)、预热装置(2)、沉积装置(3)和降温装置(4)上均设有进气口(10)和抽气口(11)。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯生长设备，其特征在于:所述预热装置(2)和沉积装置(3)内均设有加热部件(12)。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯生长设备，其特征在于:所述沉积装置(3)内设有进气管(13);所述进气管(13) —端开口，另一端封闭；所述进气管(13)的开口端与沉积装置(3)上的进气口(10)连接；所述进气管(13)的表面分布有多个进气孔。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯生长设备，其特征在于:所述降温装置(4)内的传送带(8)下方设有升降式换热平台(15)。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯生长设备，其特征在于:所述降温装置(4)的顶部还设有排热风扇(14)。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯生长设备，其特征在于:所述进料装置(I)、预热装置(2)、沉积装置(3)和降温装置⑷的底部均设有支撑腿(16)。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯生长设备，其特征在于:所述耐高温辊道(9)与预热装置(2)及沉积装置(3)之间通过高温密封圈(17)密封。
【专利摘要】本实用新型公开了一种石墨烯生长设备，包括多个真空阀，依次设置在相邻两个真空阀之间的进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置，以及生长基底和传输板；所述生长基底放置在传输板的表面；所述进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置依次传送传输板；所述进料装置和降温装置内的传送机构均采用传送带；所述预热装置和沉积装置内的传送机构均采用耐高温辊道；所述进料装置、预热装置、沉积装置和降温装置上均设有进气口和抽气口。本实用新型能够实现连续式生长大面积石墨烯，满足生产大尺寸产品的需求，缩短石墨烯的生长周期，有效提高生产效率。
【IPC分类】C01B31-04
【公开号】CN204324885
【申请号】CN201420440782
【发明人】周振义, 刘志成, 张文国, 邓科文, 张志华, 杨海涛, 张旭磊
【申请人】常州二维碳素科技有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年8月5日