一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及石墨烯生長(zhǎng)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置。包括石英管、通氣腔體、金屬基底，所述通氣腔體內(nèi)部中空，所述通氣腔體為螺旋式柱狀結(jié)構(gòu)，所述金屬基底的形狀與所述通氣腔體的形狀相匹配，所述金屬基底沿著所述通氣腔體內(nèi)表面螺旋卷曲，所述通氣腔體最內(nèi)圈的端部與所述金屬基底最內(nèi)圈的端部固定連接在一起，所述通氣腔體的最內(nèi)圈的一側(cè)和最外圈的同一側(cè)上均設(shè)有進(jìn)氣口，所述通氣腔體的內(nèi)表面上設(shè)有多個(gè)出氣孔，所述石英管套設(shè)在所述通氣腔體外，包覆住整個(gè)所述通氣腔體。本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于大面積卷式生長(zhǎng)石墨烯，節(jié)省空間，同時(shí)石墨烯生長(zhǎng)均勻、提高產(chǎn)量。
【專利說明】一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯生長(zhǎng)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是碳原子基于sp2雜化組成的六角蜂巢狀結(jié)構(gòu)，僅一個(gè)原子層厚的二維晶體。2004年，Andre Geim和Konstantin Novoselov等人發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定存在的單層石墨稀，也因其在石墨烯方面的開創(chuàng)性工作而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。近年來，石墨烯在微電子、量子物理、材料、化學(xué)等領(lǐng)域都表現(xiàn)出許多令人振奮的性能和潛在的應(yīng)用前景，吸引了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。石墨烯具有優(yōu)異的力、熱、光、電等性質(zhì)。石墨烯常溫下的電子迀移率超過15000cm2/V *s，超過碳納米管和硅晶體，而電阻率只約10_6Ω - cm,比銅或銀的更低，是目前世上電阻率最小的材料。而其高達(dá)97.7%的全波段透光率是其他導(dǎo)電材料難以匹敵的。目前工業(yè)上通常采用金屬基底的化學(xué)氣相沉積(CVD)法作為制備石墨烯。但是對(duì)于大尺寸的石墨烯生長(zhǎng)還存在著工藝難度，缺乏一種石墨烯大面積生長(zhǎng)的生長(zhǎng)裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，克服了石墨在傳統(tǒng)生長(zhǎng)裝置氣體分布不均、制備量小、產(chǎn)能低、的缺陷。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，包括石英管、通氣腔體、金屬基底，所述通氣腔體內(nèi)部中空，所述通氣腔體為螺旋式柱狀結(jié)構(gòu)，所述金屬基底的形狀與所述通氣腔體的形狀相匹配，所述金屬基底沿著所述通氣腔體內(nèi)表面螺旋卷曲，所述通氣腔體最內(nèi)圈的端部與所述金屬基底最內(nèi)圈的端部固定連接在一起，所述通氣腔體的最內(nèi)圈的一側(cè)上和最外圈的同一側(cè)上均設(shè)有進(jìn)氣口，所述通氣腔體的內(nèi)表面上設(shè)有多個(gè)出氣孔，所述石英管套設(shè)在所述通氣腔體外，包覆住整個(gè)所述通氣腔體。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于大面積卷式生長(zhǎng)石墨烯，節(jié)省空間，同時(shí)石墨烯生長(zhǎng)均勻、提高產(chǎn)量。
[0006]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0007]進(jìn)一步，所述出氣孔均勻分布在所述通氣腔體的內(nèi)表面上，所述出氣孔為通孔。
[0008]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:出氣孔成陣列式均勻分布，使得反應(yīng)氣體可以出氣均勻，使得金屬基底表面形成均勻的氣體環(huán)境，有利于石墨烯均勻生長(zhǎng)。
[0009]進(jìn)一步，所述通氣腔體每一圈之間的間隔大于等于1mm。
[0010]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:適當(dāng)?shù)木嚯x有利于放置金屬基底，使得金屬基底上充分生長(zhǎng)石墨稀。
[0011]進(jìn)一步，所述通氣腔體內(nèi)表面與外表面之間的距離為1?2mm。
[0012]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:通氣腔體采用恰當(dāng)?shù)暮穸?，為金屬基底提供適宜石墨烯生長(zhǎng)的氣體環(huán)境，有利于石墨烯的快速均與生長(zhǎng)。
[0013]進(jìn)一步，所述石英管的內(nèi)徑大于所述通氣腔體最外圈的外徑0.1?50mm。
[0014]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:石英管的內(nèi)徑略大于通氣腔體最外圈的外徑，使得通氣腔體能放入石英管內(nèi)，同時(shí)與石英管之間留有較小間隙。
[0015]進(jìn)一步，所述通氣腔體的軸向長(zhǎng)度大于所述金屬基底的軸向長(zhǎng)度。
[0016]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:使得通氣腔體可以完全覆蓋住金屬基底，有利于石墨烯生長(zhǎng)。
[0017]進(jìn)一步，所述通氣腔體由石英或者剛玉制成。
[0018]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:石英或剛玉耐高溫，保證石墨烯在高溫環(huán)境中生長(zhǎng)不會(huì)造成裝置變形和損壞，沿著裝置的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置取下石英管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置的橫截面示意圖。
[0021]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0022]1、通氣腔體，2、出氣孔，3、進(jìn)氣口，4、金屬基底，5、石英管。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0024]如圖1所示、圖2所示，本發(fā)明用于卷式石墨的生長(zhǎng)，包括石英管5、通氣腔體1、金屬基底4。所述通氣腔體1由石英或者剛玉制成，所述通氣腔體1內(nèi)部中空，所述通氣腔體1為螺旋式柱狀結(jié)構(gòu)，即通氣腔體1 一端固定，另一端以預(yù)定的距離進(jìn)行循環(huán)卷繞，循環(huán)卷繞成多圈，每相鄰兩圈之間的間隔相等。所述通氣腔體1內(nèi)表面與外表面之間的距離為1?2mm,即通氣腔體1的厚度為1?2_，所述通氣腔體1每一圈之間的間隔大于等于1_，即相鄰兩圈之間的間隔大于等于1_。對(duì)于催化基底或者金屬基底4厚度較大的，根據(jù)具體情況適當(dāng)增加通氣腔體1每相鄰兩圈之間的間隔。如金屬基底4厚度小于1mm時(shí)，通氣腔體1相鄰兩圈之間的間隔大于等于1_ ;如金屬基底4厚度大于1_時(shí)，通氣腔體1相鄰兩圈之間的最小間隔要適當(dāng)增大。金屬基底4用來支撐和分離石墨烯，所述金屬基底4的形狀與所述通氣腔體1的形狀相匹配，所述金屬基底4沿著所述通氣腔體1內(nèi)表面螺旋卷曲，即金屬基底4位于通氣腔體1相鄰兩圈之間。
[0025]如圖1、圖2所示，通氣腔體1的軸向長(zhǎng)度大于所述金屬基底4的軸向長(zhǎng)度，即通氣腔體1的寬度寬于金屬基底4的寬度，從而使得金屬基底4完全位于通氣腔體1相鄰兩圈之間，充分均勻的與氣體接觸。所述通氣腔體1最內(nèi)圈的端部與所述金屬基底4最內(nèi)圈的端部固定連接在一起。所述通氣腔體1的最內(nèi)圈的一側(cè)和最外圈的同一側(cè)上均設(shè)有進(jìn)氣口3，氣體由進(jìn)氣口 3輸入。所述通氣腔體1的內(nèi)表面上設(shè)有多個(gè)出氣孔2，所述出氣孔2均勻分布在所述通氣腔體1的內(nèi)表面上，出氣孔2可采用陣列式均勻分布，所述出氣孔2為通孔。氣體從出氣孔2中均勻排出，使得金屬基底4在均勻的氣體環(huán)境中生長(zhǎng)石墨烯?？朔四壳熬硎缴L(zhǎng)中層間氣體分布控制困難，氣體分布不均勻的缺點(diǎn)。石英管5為空心的圓柱體形裝，所述石英管5套設(shè)在所述通氣腔體1外，包覆住整個(gè)所述通氣腔體1，所述石英管5的內(nèi)徑大于所述通氣腔體1最外圈的外徑0.1?50_，所述通氣腔體1最外圈的外徑大于50mm。石英管5的內(nèi)徑略大于通氣腔體1最外圈的外徑，使得通氣腔體1可以放入到石英管5中進(jìn)行生長(zhǎng)反應(yīng)。
[0026]使用時(shí)，由進(jìn)氣口 3通入氣體，氣體進(jìn)入到通氣腔體1中，再由通氣腔體1內(nèi)表面上的出氣孔2出氣，金屬基底4與出氣孔2出來的氣體充分均與接觸，使得金屬基底4處于均與的氣體環(huán)境中，有利于石墨烯的均勻生長(zhǎng)，生長(zhǎng)效率高。
[0027]該裝置的通氣腔體1和金屬基底4卷曲的圈數(shù)根據(jù)石英管5的內(nèi)徑確定，同時(shí)也要保證金屬基底4最內(nèi)圈造成不可回復(fù)形變。該裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)現(xiàn)有工藝過程改動(dòng)很小，有利于在現(xiàn)有工藝中進(jìn)行石墨烯的生產(chǎn)制造，可重復(fù)利用，生產(chǎn)出的石墨烯無大面積的褶皺。利用該裝置生長(zhǎng)石墨烯時(shí)，金屬箔在升降溫過程中有周期性局部形變褶皺的特點(diǎn)，可以作為后續(xù)片材剪切的位置，單元片材沒有明顯褶皺。而且在每圈金屬基底4表面進(jìn)氣均勻，改善了目前卷式生長(zhǎng)層間進(jìn)氣不均勻的缺點(diǎn)，該裝置可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的石墨烯薄膜。與現(xiàn)有平面生長(zhǎng)片材寬度D(D石英管5的直徑)相比，長(zhǎng)度增加為η 31 D，η為卷材圈數(shù)，D為單圈直徑，大大增加了生產(chǎn)效率，節(jié)省了生產(chǎn)成本。
[0028]實(shí)施例一:
[0029]石英管5的內(nèi)徑為100mm時(shí)，石英管5管壁的厚度為2mm ;采用的通氣腔體1最外圈的外徑為80mm，圈數(shù)為4圈，通氣腔體1的厚度為2mm，通氣腔體1相鄰兩圈之間的間距為1mm;金屬基底4采用寬度30cm的銅箔，通氣腔體1的寬度采用32cm。將寬為30cm，長(zhǎng)為56cm的銅箔卷入通氣腔體1內(nèi)，卷入方式可采用與通氣腔體1厚度相當(dāng)?shù)能洶邃佋阢~箔下面，將銅箔包裹成卷狀，然后將銅箔導(dǎo)入通氣腔體1中。將包裹著銅箔的通氣腔體1放置于石英管5的恒溫區(qū)域，然后進(jìn)行化學(xué)氣相沉積石墨烯薄膜。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，其特征在于，包括石英管(5)、通氣腔體(1)、金屬基底(4)，所述通氣腔體(I)內(nèi)部中空，所述通氣腔體(I)為螺旋式柱狀結(jié)構(gòu)，所述金屬基底(4)的形狀與所述通氣腔體(I)的形狀相匹配，所述金屬基底(4)沿著所述通氣腔體(I)內(nèi)表面螺旋卷曲，所述通氣腔體(I)最內(nèi)圈的端部與所述金屬基底(4)最內(nèi)圈的端部固定連接在一起，所述通氣腔體(I)的最內(nèi)圈的一側(cè)和最外圈的同一側(cè)上均設(shè)有進(jìn)氣口(3)，所述通氣腔體(I)的內(nèi)表面上設(shè)有多個(gè)出氣孔(2)，所述石英管(5)套設(shè)在所述通氣腔體(I)夕卜，包覆住整個(gè)所述通氣腔體(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，其特征在于，所述出氣孔(2)均勻分布在所述通氣腔體(I)的內(nèi)表面上，所述出氣孔(2)為通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，其特征在于，所述通氣腔體(I)每一圈之間的間隔大于等于1_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，其特征在于，所述通氣腔體(I)內(nèi)表面與外表面之間的距離為I?2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，其特征在于，所述石英管(5)的內(nèi)徑大于所述通氣腔體(I)最外圈的外徑0.1?50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，其特征在于，所述通氣腔體(I)的軸向長(zhǎng)度大于所述金屬基底(4)的軸向長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的一種大面積生長(zhǎng)石墨烯的裝置，其特征在于，所述通氣腔體(I)由石英或者剛玉制成。
【文檔編號(hào)】C23C16/26GK104480451SQ201410766516
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】高翾, 黃德萍, 李占成, 張永娜, 姜浩, 朱鵬, 史浩飛 申請(qǐng)人:重慶墨?？萍加邢薰? 中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院