一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备及方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯薄膜制备技术领域，公开了一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备及方法，包括高温工艺腔和连接于高温工艺腔上的供气单元，高温工艺腔内转动连接有至少两对传送辊，每对传送辊内设有两个正对设置的转辊，两个转辊用于形成同时传送两个平行设置衬底的传送空间，高温工艺腔内设有用于驱动两个衬底相互贴合的驱动装置。本发明专利技术专利解决了采用现有技术生产的含有石墨烯薄膜的衬底在转印蚀刻时效率低的问题。低的问题。低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备及方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯薄膜制备
，具体涉及一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备及方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是由单层碳原子紧密排列形成的具有蜂窝状结构的二维晶体，石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
[0003]目前，石墨烯薄膜的生产方法主要为气相沉积法（即CVD法），在生产石墨烯薄膜的过程中，通过将衬底置于真空高温的CVD炉内，然后注入碳源气体，使碳源气体分解而在衬底上生长出石墨烯层。然而由于 CVD 炉的反应温度的不均匀性以及对于硬质衬底尺寸的限制，石墨烯层的转印限制在几英寸的范围内，无法进行大面积石墨烯层的转印。为此，公开号为CN102656016A的专利技术专利公开了石墨烯卷对卷转印方法、由该方法制成的石墨烯卷及石墨烯卷对卷转印装置，利用卷对卷式转印方法将大面积石墨烯层转印到各种类型的衬底上（特别是柔性或者可延展的衬底）。前述石墨烯卷对卷转印方法中，通过辊结构使生长有石墨烯层的衬底与柔性衬底接触并形成衬底、石墨烯层和柔性沉底的叠层，然后利用刻蚀溶液将衬底选择性地蚀刻除去，从而使石墨烯层转印至柔性衬底上，以便后续继续对石墨烯层进行转印。
[0004]然而现有气相沉积法生产石墨烯的过程中，衬底是被置于高温真空环境中而使石墨烯生长的，例如公开号为CN105908149A的专利技术专利公开了一种卷对卷石墨烯薄膜连续生长设备，衬底的放料、衬底的石墨烯薄膜生长以及衬底的收卷均位于同一真空环境中，使得石墨烯薄膜能够连续生长；又如公开号为CN106835068A的专利公开了卷式石墨烯连续生长设备，设置两个高温工艺腔，使得衬底的高温退火以及石墨烯生长连续进行。虽然采用上述专利可以使石墨烯薄膜能够连续生长，但是利用上述生产方法制得含有石墨烯薄膜的衬底在后续转印蚀刻时蚀刻的效率仍然十分低，经分析，现有的石墨烯薄膜生长时，以衬底为铜箔为例，衬底不仅作为石墨烯薄膜生长的基底，同时还作为催化剂加速石墨烯薄膜在衬底上生长，因此整个生长完成时，衬底的两侧均生长有石墨烯薄膜，而在刻蚀前的转印时，只有衬底一侧的石墨烯薄膜被转印至柔性衬底上，而在刻蚀过程中，由于衬底远离柔性衬底一侧的石墨烯薄膜会对衬底的刻蚀产生阻碍，从而影响刻蚀效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术意在提供一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备及方法，以解决采用现有技术生产的含有石墨烯薄膜的衬底在转印蚀刻时效率低的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备，包括高温工艺腔和连接于高温工艺腔上的供气单元，高温工艺腔内转动连接有至少两对传送辊，每对传送辊内设有两个正对设置的转辊，两个转辊用于形成同时传送两个平行设置衬
底的传送空间，高温工艺腔内设有用于驱动两个衬底相互贴合的驱动装置。
[0007]本方案的原理是：本申请中，衬底上石墨烯薄膜的生长是在高温工艺腔内进行的，供气单元用于向高温工艺腔内注入石墨烯薄膜生长的碳源气体和氢气等，高温工艺腔内转动连接有至少两对传送辊，每对传送辊中含有两个正对设置的转辊，两个转辊之间形成用于同时传送两个平行设置衬底的传送空间，因此在石墨烯薄膜生长过程中，是两个衬底同步正对移动的，而且本申请中利用驱动装置驱动两个衬底在移动的同时处于相贴合的状态，因此衬底上生长石墨烯薄膜时，只是在衬底其中一侧上生长，而在两个衬底相互贴的面上不生长，在后续转印过程中，衬底上生长有石墨烯薄膜的一侧与柔性衬底相压合，而没有生长的石墨烯薄膜的一侧处于外露状态，在刻蚀溶液与衬底接触时，可以快速与衬底反应而去除，提升刻蚀速度。
[0008]本方案的有益效果为：1.能够有效提升石墨烯薄膜在转印时的刻蚀速度：相比于现有技术中衬底的两侧均生长有石墨烯薄膜而影响衬底的刻蚀速度，本申请中，由于石墨烯薄膜只是生长在衬底的一侧，因此在转印的刻蚀过程中，刻蚀溶液能够快速与衬底上没有生长石墨烯薄膜的一侧接触，使得衬底快速被蚀刻掉。
[0009]2.能够有效减少石墨烯薄膜的浪费：本申请中，相当于只是在衬底需要的一侧生产出石墨烯薄膜，不必在两侧同时生长石墨烯薄膜后舍弃其中一侧的石墨烯薄膜，有效减少生长出石墨烯薄膜的浪费。
[0010]3.有效提升石墨烯薄膜的生产效率：相比于现有技术中一次性只能在一个衬底上生长石墨烯薄膜的情况，本申请中能够同时在两个衬底上同步生长石墨烯薄膜，有效提升生长效率。
[0011]优选的，作为一种改进，所述驱动装置包括用于吹动高温工艺腔内气体由衬底的一侧吹向衬底的驱动部。
[0012]现有技术中，在石墨烯薄膜生长阶段，高温工艺腔的外侧设置加热装置对整个高温工艺腔进行加热，使得高温工艺腔是处于高温状态且内部充满了碳源气体，并且在石墨烯生长过程中还需要不断向高温工艺腔内补充碳源气体，以抵消石墨烯生长过程中消耗的碳源气体。
[0013]本方案中，利用驱动部将高温工艺腔内气体吹向衬底的一侧，利用气流对衬底的作用力，使得两个衬底在石墨烯生长阶段处于相贴的状态，从而使两个衬底相贴合的面无法大面积生长石墨烯薄膜；另外，由于高温工艺腔在被加热时，加热装置是位于高温工艺腔的外侧，因此在驱动部的驱动作用下，可以使高温工艺腔外侧的温度更加高效地传递至衬底周围，从而确保衬底处于适当范围而高效地生长石墨烯薄膜；最后，在驱动部的驱动作用下，使得高温工艺腔内的气体处于循环流动状态，从而在衬底周围的碳源气体生长为石墨烯薄膜后能够快速补充碳源气体，从而使得衬底周围始终有充足的碳源气体，有效提升石墨烯薄膜的生长质量。
[0014]优选的，作为一种改进，所述衬底的两侧均设有驱动部。
[0015]本方案中，在衬底的两侧均设置有驱动部，使得两个衬底的两侧同时受到气流的吹动效果，两个衬底两侧受力大小基本相同，从而方便两个衬底正常传送。
[0016]优选的，作为一种改进，所述驱动部包括风扇、集风管和连接于集风管上的出风
管，所述风扇转动连接于高温工艺腔的内壁且正对集风管，所述出风管正对衬底。
[0017]本方案中，利用风扇的转动而使高温工艺腔内的气体向集风管内汇集，并由集风管吹向出风管，最后由出风管的出口吹向衬底，对衬底产生作用力而使两个衬底在石墨烯薄膜生长阶段处于贴合状态，不会对衬底的正常传送产生阻碍。
[0018]优选的，作为一种改进，所述出风管的数量为多个，多个出风管沿着衬底的传送方向设置。
[0019]本方案中，通过设置多个沿着衬底传送方向的出风管，使得衬底的受力更加的均匀。
[0020]优选的，作为一种改进，所述出风管呈扁口状，所有出风管的长边方向相互平行。
[0021]本方案中，将出风管的出口设置为扁平状，确保气体由出口吹出时速度足够大，确保气体吹向衬底时对衬底产生的作用力。
[0022]优选的，作为一种改进，所述出风管的出风端固定连接有均风网。
[0023]本方案中，利用均风网对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备，包括高温工艺腔和连接于高温工艺腔上的供气单元，其特征在于：所述高温工艺腔内转动连接有至少两对传送辊，每对传送辊内设有两个正对设置的转辊，两个转辊用于形成同时传送两个平行设置衬底的传送空间，高温工艺腔内设有用于驱动两个衬底相互贴合的驱动装置。2.根据权利要求1所述的一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备，其特征在于：所述驱动装置包括用于吹动高温工艺腔内气体由衬底的一侧吹向衬底的驱动部。3.根据权利要求2所述的一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备，其特征在于：所述衬底的两侧均设有驱动部。4.根据权利要求3所述的一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备，其特征在于：所述驱动部包括风扇、集风管和连接于集风管上的出风管，所述风扇转动连接于高温工艺腔的内壁且正对集风管，所述出风管正对衬底。5.根据权利要求4所述的一种卷对卷石墨烯薄膜生产设备，其特征在于：所述出风管的数量为多个，多个出风管沿着衬底的传送方向设置。6.根据权利要求4所述的一种卷...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，陆文强，王登诗，易军，举亚琪，
申请(专利权)人：重庆石墨烯研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：