制备石墨烯的方法、石墨烯薄膜制备装置及石墨烯生产设备制造方法及图纸

本申请实施例提供制备石墨烯的方法、石墨烯薄膜制备装置及石墨烯生产设备。本申请第一方面中制备石墨烯的方法包括以下步骤：预置步骤，将衬底以及含碳靶材放入预制备石墨烯的腔室，且使衬底与碳靶材以预设距离H相对设置；通入气体，向腔室持续通入流量比为R的含碳气体和惰性气体，其中，流量比R取值范围是0.08至0.375；在腔室内部环境条件达到预设条件状态下，施加平行于碳靶材靶表面的封闭磁场，同时施加垂直于靶表面和衬底的电场，以在衬底上形成石墨烯薄膜。可以提高制备得到的石墨烯薄膜的连续性以及提高石墨烯薄膜的比表面积，提升制备得到的石墨烯薄膜的质量。

【技术实现步骤摘要】
制备石墨烯的方法、石墨烯薄膜制备装置及石墨烯生产设备
本专利技术涉及石墨烯制备
，尤其涉及一种制备石墨烯的方法、石墨烯薄膜制备装置及石墨烯生产设备。
技术介绍
石墨烯是指具有sp2杂化的碳原子组成的蜂窝状晶体结构的纳米材料，其具有良好的力学性能、热性能、电学性能和光学性能等，因此在半导体、能源、材料和药物传递等领域具有巨大的应用前景。一般的，采用机械剥离法、化学氧化还原法、碳化硅表面外延生长法和化学气相沉积法制备石墨烯。然而采用上述方法制备得到的石墨烯成品石墨烯整体连续性差，影响石墨烯成品质量。因此，急需一种制备石墨烯的方法、石墨烯薄膜制备装置及石墨烯生产设备。
技术实现思路
本申请实施第一方面提供一种制备石墨烯的方法，包括以下步骤：预置步骤，将衬底以及含碳靶材放入预制备石墨烯的腔室，且使衬底与碳靶材以预设距离H相对设置；通入气体，向腔室持续通入流量比为R的含碳气体和惰性气体，其中，流量比R取值范围是0.08至0.375；在腔室内部环境条件达到预设条件状态下，施加平行于碳靶材靶表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n预置步骤，将衬底以及含碳靶材放入预制备石墨烯的腔室，且使所述衬底与所述碳靶材以预设距离H相对设置；/n通入气体，向所述腔室持续通入流量比为R的含碳气体和惰性气体，其中，所述流量比R取值范围是0.08至0.375；/n在所述腔室内部环境条件达到预设条件状态下，施加平行于所述碳靶材靶表面的封闭磁场，同时施加垂直于所述靶表面和所述衬底的电场，以在所述衬底上形成石墨烯薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
预置步骤，将衬底以及含碳靶材放入预制备石墨烯的腔室，且使所述衬底与所述碳靶材以预设距离H相对设置；
通入气体，向所述腔室持续通入流量比为R的含碳气体和惰性气体，其中，所述流量比R取值范围是0.08至0.375；
在所述腔室内部环境条件达到预设条件状态下，施加平行于所述碳靶材靶表面的封闭磁场，同时施加垂直于所述靶表面和所述衬底的电场，以在所述衬底上形成石墨烯薄膜。


2.根据权利要求1所述制备石墨烯的方法，其特征在于，所述在所述腔室内部环境条件达到预设条件状态下，施加平行于所述碳靶材靶表面的封闭磁场，同时施加垂直于所述靶表面和所述衬底的电场，以在所述衬底上形成石墨烯薄膜的步骤中：
所述电场为直流脉冲电场；
优选的，所述直流脉冲电场采用电流波形为梯形波的直流脉冲电源形成。


3.根据权利要求1所述制备石墨烯的方法，其特征在于，所述在所述腔室内部环境条件达到预设条件状态下，施加平行于所述碳靶材靶表面的封闭磁场，同时施加垂直于所述靶表面和所述衬底的电场，以在所述衬底上形成石墨烯薄膜的步骤中：
所述预设条件状态下、所述腔室内部环境温度达到预设温度T，所述预设温度T的取值范围是70℃～100℃，且所述腔室内部环境真空度达到预设真空度P，所述预设真空度P的取值范围是-2.5Mpa～-1.5Mpa。


4.根据权利要求1所述制备石墨烯的方法，其特征在于，所述通入气体的步骤中，所述含碳气体为气态烃，且所述含碳气体选自烷烃、烯烃及炔烃中的至少一者优选的，所述含碳气体包括炔烃；
更优选的，所述含碳气体包括乙炔。


5.根据权利要求1所述制备石墨烯的方法，其特征在于，所述在所述腔室内部环境条件达到预设条件状态下，施加平行于所述碳靶材靶表面的封闭磁场，同时施加垂直于所述靶表面和所述衬底的电场，以在所述衬底上形成石墨烯薄膜的步骤，包括：
使所述衬底相对于所述靶表面以预设速率V沿预设方向连续移动，以使在所述预设方向上、所述石墨烯薄膜连续地形成在所述衬底上。


6.根据权利要求5所述制备石墨烯的方法，其特征在于，所述在所述腔室内部环境条件达到预设条件状态下，施加平行于所述碳靶材靶表面的封闭磁场，同时施加垂直于所述靶表面和所述衬底的电场，以在所述衬底上形成石墨烯薄膜的步骤，还包括：
通过调节所述预设距离H、所述预设速率V、电场强度E、磁场强度B以及所述流量比R中的至少一者，控制石墨烯薄膜中石墨烯膜层的层数；
其中，预设速率V的取值范围是3m/min～30m/min，预设距离H的取值范围是100mm～300mm，预设流量比R取值范围是0.08至0.375，所述电场强度E的取值范围是15库仑～30库仑，所述磁场强度B的取值范围是3000高斯～6000高斯。


7.根据权利要求1或5所述制备石墨烯的方法，其特征在于，所述方法中还包括分离步骤，所述分离步骤包括：
将形成有所述石墨烯薄膜的所述衬底浸没于电解液中，对所述形成有所述石墨烯薄膜的所述衬底通电，形成包括所述形成有所述石墨烯薄膜的所述衬底与所述电解液的电解回路，以使所述石墨烯薄膜从所述衬底剥离、悬浮于所述电解液；
优选的，采用直流脉冲电源对所述形成有所述石墨烯薄膜的所述衬底通直流电，且所述直流脉冲电源输出的电流波形为梯形波；
优选的，对悬浮有所述石墨烯薄膜的所述电解液进行离心、过滤以及干燥处理，获得石墨烯粉体。


8.一种石墨烯薄膜制备装置，其特征在于，具有制备石墨烯薄膜的腔室，所述腔室包括：
溅射靶布置区，具有沿第一方向间隔排布的多个柱状溅射靶，所述柱状溅射靶长轴的延伸方向与所述第一方向相互垂直，且所述柱状溅射靶朝向所述衬底的部分为溅射部，所述溅射部对应设置有磁控组件；
衬底传送区，与所述溅射靶布置区相对设置，所述衬底传送区配置成在制备所述石墨烯薄膜过程中、使衬底连续地沿第一方向传送；
在制备所述石墨烯薄膜过程中，各所述柱状溅射靶外周侧均适配有靶材，至少部分所述柱状溅射靶处于工作状态，所述工作状态下、所述柱状溅射靶使与所述溅射部对应的所述靶材部分向所述衬底溅射出碳原子，且各所述溅射部对应的所述靶材部分在所述衬底的中心投影沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐仕坚，
申请(专利权)人：佛山市兴炬烨科技研究有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44