一种生长石墨烯的支架、支架组件和石墨烯薄膜生长组件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于石墨烯薄膜生长的支架，所述支架具有以预定间隔卷绕的卷绕结构，所述卷绕结构具有内表面(S1)和与之相对的外表面(S2)、内边缘(E1)和外边缘(E2)，并围绕内边缘(E1)卷绕一周以上以形成一层以上的结构，所述卷绕结构整体呈圆柱形；还提供包括所述支架和底托的支架组件，以及包括所述支架、底托和炉管的石墨烯薄膜生长组件。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种生长石墨烯的支架，更具体而言，涉及用于石墨烯生长的支架、支架组件、石墨烯薄膜生长组件。
技术介绍
石墨烯具有优异的机械、光学、热学、电学和磁学性能，有望在高性能纳米电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、能量储存等领域获得广泛应用，近年来迅速成为材 料科学和凝聚态物理领域的研究热点之一。2008年，美国科研人员发现用化学气相沉积法(CVD法)能在铜和镍基底上成功生长出大尺寸的石墨烯薄膜，从而使得石墨烯的大规模生产成为可能。CVD生长过程如图I所示将铜箔基底I置于圆形石英玻璃炉管2中，在氩气和氢气环境下在1000°c退火处理I. 5小时(上下箭头方向表示加热，左右箭头方向表示气流方向)；然后通入甲烷3，进行碳分解，生长时间约为20分钟。在生长过程中，第一步，通过气体流量和压力来控制石墨烯的成核密度，第二步，再加大气体流量来获得连续均匀的高质量的单层石墨烯，气相沉积在铜箔基底两面同时发生。在将生长有石墨烯薄膜4和4’的铜箔I取出后，如图2所示，在正面的石墨烯薄膜4的表面涂敷聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)背胶保护层5。由于石墨烯薄膜厚度只有I个原子层(约O. 35纳米)，如果没有均匀的力学支撑，在表面张力的存在下，石墨烯薄膜本身会坍塌或收缩团聚成一个微小颗粒。因此，通常在石墨烯背面会用PMMA背胶保护，防止在铜箔腐蚀后石墨烯薄膜失去支撑而变成颗粒状。通过氧等离子体刻蚀，除去铜箔背面不需要的石墨烯4’从而使得铜衬底I暴露出来，然后在特定溶液6 (例如Fe(NO3)3)中腐蚀铜箔Io在铜基底材料I被腐蚀完并清洗后，由于溶液6的表面张力，薄膜会张开平铺于溶液表面，然后用特定基底材料7从溶液中捞起，将薄膜贴敷在基底表面。通过范德华作用力，使薄膜与基底材料紧密粘贴在一起。然后通过丙酮除去PMMA层，获得粘贴在目标基底材料7上的石墨烯薄膜。然而，在CVD石墨烯薄膜生长过程中，由于加热控温设备的加热空间有限，限制了一次性生长的石墨烯薄膜的大小和数量；而使用超大型的加热控温设备又必将带来加热区域的温度均匀性的问题以及更高的固定设备成本，极大地限制了石墨烯薄膜的大规模生产。
技术实现思路
为改善现有技术中存在的一个或多个上述问题而作出本技术。本技术提供了一种用于石墨烯薄膜生长的支架，所述支架具有以预定间隔卷绕的卷绕结构，所述卷绕结构具有内表面SI和与之相对的外表面S2、内边缘El和外边缘E2，并围绕内边缘El卷绕一周以上以形成一层以上的结构，所述卷绕结构整体呈圆柱形。本技术还提供了一种支架组件，包括本技术的支架和一个底托，所述底托用于托起所述支架。另外，本技术还提供一种石墨烯薄膜生长组件，包括本技术的支架组件和一个加热炉管，其中所述支架组件中的支架能够置于底托上从而整体置于所述炉管内，使得所述支架与所述炉管同心。本技术的支架、支架组件和石墨烯薄膜生长组件可增加在有限加热炉管空间内一次性生长的石墨烯薄膜的表面积，从而节约设备和操作成本。以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图I为CVD生长设备原理图；图2为转片工艺流程图；图3为本技术的一个实施方案的支架的立体示意图；图4为本技术的一个实施方案的支架置于石墨烯薄膜生长设备内的剖视图。其中在图4中各编号所指含义如下8.支架，9.托架，10.加热炉管。具体实施方式本技术用于石墨烯薄膜生长的支架具有以预定间隔卷绕的卷绕结构，所述卷绕结构具有内表面SI和与之相对的外表面S2、内边缘El和外边缘E2，并围绕内边缘El卷绕一周以上以形成一层以上的结构，所述卷绕结构整体呈圆柱形。在一个优选实施方案中，所述卷绕结构的内表面和/或外表面光滑且完整。在一个优选实施方案中，本技术支架的卷绕结构具有一层或多层，优选具有2-15层，更优选具有3-10层，最优选具有4-8层。所述层数以支架卷绕结构的最大层数计。在一个优选实施方案中，本技术支架的卷绕结构的层厚为O. 3_5mm，优选O.5-3mm,更优选 l_2mm。在一个优选实施方案中,本技术支架的卷绕结构的层间距为O. 5mm-300mm,优选 lmm-200mm,更优选 5mm-100mm,最优选 10mm-50mm。不同层之间的层厚和层间距可以相同或不同，优选相同。在一个优选实施方案中，本技术支架的卷绕结构的内边缘El与外边缘E2平行。在一个优选实施方案中，本技术支架的卷绕结构的内边缘El与外边缘E2的长度相等。在一个优选实施方案中，本技术支架的卷绕结构以内边缘EI作为中心轴。在一个优选实施方案中，本技术支架的卷绕结构的内边缘El和外边缘E2平行且相等，长度优选为20cm-50cm,更优选30_40cm。出乎意料地发现，当所述支架的卷绕结构的长I (即支架左右两边的长常距离)、层数η、平均每层层厚t和平均层间距d满足以下关系式时，可获得更加均匀的受热和生长气氛，从而可确保生长的石墨烯薄膜品质0. 5彡lXnXt/d彡2000，优选地10彡IXnXt/d ( 200，更优选地30彡lXnXt/d彡80，其中所述长I、平均每层层厚t和平均层间距d均以mm计。本技术的支架可由具有比用于石墨烯薄膜生长的基底更高熔点的材料制成，例如石英玻璃。本领域技术人员可以合理选择材料以适合实际应用。在本技术的基础上，本领域技术人员可以合理调整支架的尺寸，例如设定合适的长度和最大宽度，以使其适合容纳至石墨烯薄膜生长设备中。在一个优选的实施方案中，本技术的支架还可以包括两个或更多个固定件，用于固定待生长石墨烯的基底的边缘，使其边缘紧贴支架，从而使该基底贴近支架的一面不暴露在石墨稀生长气氛中。由此可实现石墨稀的单面生长。在现有技术中，石墨稀薄月吴会在基底的两面同时生长，因而必须刻蚀掉铜箔背面的石墨烯薄膜，然后才能腐蚀铜箔而使石墨烯薄膜与铜箔分离，这会显著增加加工复杂性和操作成本。然而，根据本技术，石墨烯薄膜可以在基底上单面生长，从而避免了氧化脱膜的步骤，极大地提高了生产率。所述固定件可以为常规使用的能实现本技术目的的任何固定件，例如长夹、铆钉等。出乎意料地，本技术的支架可增加一次性生长的石墨烯薄膜的面积，从而节约设备和操作成本。另外，本技术的支架还可使生长中石墨烯的受热更加均匀，提高成品的一致性。本技术的支架可以通过以下方式使用(i)将用于石墨烯生长的基底从外边缘E2处的开口端插入支架内；或者(ii)将基底卷绕成类似支架的卷绕结构，然后直接从支架的一个侧面插入支架中。所述基底优选使用金属基底，更优选第VIII族或IB族的金属，例如但不限于铜和镍。所述金属基底的厚度通常为10-100 μ m,优选15-60 μ m,更优选20-35 μ m。在一个优选实施方案中，基底卷绕的长度优选大于支架卷绕结构最外层的半周长度，且优选小于或等于支架卷绕结构的内表面沿卷绕方向的长度。所述基底的厚度没有特别限制，只要小于支架的最小层间距，以便能够插入支架即可。在按照上述方法(i)操作支架的情况下，插入基底的方向没有特别限制。无论沿何方向插入，基底的前缘都会接触到支架最外层的内表面从而沿着内表面方向发生弯曲。本领域技术人员可合理控制插入的力量大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个用于石墨烯薄膜生长的支架，所述支架具有以预定间隔卷绕的卷绕结构，所述卷绕结构具有内表面(S1)和与之相对的外表面(S2)、内边缘(E1)和外边缘(E2)，并围绕内边缘(E1)卷绕一周以上以形成一层以上的结构，所述卷绕结构整体呈圆柱形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭鹏，金虎，
申请(专利权)人：彭鹏，
类型：实用新型
国别省市：