[發明專利]一種貼敷石墨烯薄膜的裝置及方法

有效

• 申請號: 201110443056.0
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102505112A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 宋勃;金虎;彭鵬
• 申請（專利權）人: 宋勃
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/56;C23C16/01
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 王媛;鐘守期

技術領域

本發明涉及一種用于使石墨烯薄膜與基底貼敷的裝置及方法。

背景技術

石墨烯由于具有優異的機械、光學、熱學、電學和磁學性能，有望在高性能納米電子器件、復合材料、場發射材料、氣體傳感器、能量儲存等領域獲得廣泛應用，近年來迅速成為材料科學和凝聚態物理領域的研究熱點之一。

2008年，美國科研人員發現用化學氣相沉積法(CVD法)能在銅和鎳基底上成功生長出大尺寸的石墨烯薄膜，從而使得石墨烯的大規模生產成為可能。

CVD生長過程如下：將銅箔在氬氣和氫氣環境下1000℃預熱處理1.5小時；然后通入甲烷，進行碳分解，生長時間約為20分鐘。生長過程中第一步將通過氣體流量和壓力來控制石墨烯的成核密度，第二步再加大氣體流量中甲烷的濃度來獲得連續均勻的單層石墨烯，氣相沉積在石墨烯薄膜兩面同時發生。

在生長有石墨烯薄膜的銅箔取出后，在正面的石墨烯薄膜表面涂敷聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)背膠保護層。由于石墨烯薄膜厚度只有1個原子層(約0.35納米)，在表面張力的存在下，石墨烯薄膜本身會收縮團簇成一個微小顆粒。因此，通常在石墨烯背面會用PMMA背膠保護，防止在銅箔腐蝕后石墨烯薄膜失去支撐而變成顆粒狀。通過氧等離子體刻蝕，除去銅箔背面不需要的石墨烯從而使得銅基底暴露出來，然后在特定溶液中腐蝕銅箔。

在銅基底材料被腐蝕完并清洗后，由于溶液的表面張力，薄膜會張開平鋪于溶液表面，然后用特定基底材料從溶液中撈起，將薄膜貼敷在基底表面。通過范德華作用力，使薄膜與基底材料緊密粘貼在一起。

現有技術中，通常采用人工方法撈薄膜，但人工方法存在以下缺陷：

人工方法不穩定，由于人為操作的偏差和不可預測性，常發生薄膜在接觸基底時起皺，留下氣泡而使貼敷失敗，從而影響石墨烯薄膜的成品率和關鍵性能指標(例如氣泡或褶皺能夠使石墨烯薄膜破裂，從而大大降低導電率)；

此外，人工方法效率低下，極大地限制了石墨烯復合薄膜的大規模生產。

發明內容

本發明提供了一種用于使石墨烯薄膜與基底貼敷的裝置，其包括：一個盛放液體的槽體，分布于該槽體底面和/或側壁的一個或多個導流孔，以及一個或多個位于該槽體內的支架。

本發明還提供了一種通過使用上述本發明裝置和液體排放法來使石墨烯薄膜與基底貼敷的本發明方法，其包括：

(1)將一個基底固定于所述槽體內的支架上，

(2)將一種可使石墨烯薄膜漂浮的液體裝入所述槽體中，

(3)使所述石墨烯薄膜漂浮于該液體表面，

(4)使得液體通過導流孔流出，從而隨著液體表面下降使該薄膜無間隙、平整地貼敷于該基底上。

本發明的裝置和方法使得石墨烯薄膜可與基底進行穩定地無間隙、平整貼敷，從而提高石墨烯薄膜的成品率和關鍵性能指標(例如導電率)。另外，本發明的裝置可提高生產效率，從而更有助于石墨烯復合薄膜的大規模生產。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1為一種用于使石墨烯薄膜與基底貼敷的本發明裝置的透視圖；

圖2為一種用于使石墨烯薄膜與基底貼敷的本發明裝置的剖視圖。

具體實施方式

一種用于使石墨烯薄膜與基底貼敷的本發明裝置，包括：一個盛放液體的槽體，分布于該槽體底面和/或側壁的一個或多個導流孔，以及一個或多個位于該槽體內的支架。

在一種優選實施方案中，本發明裝置還包括位于槽體外連接于導流孔的一個或多個管路，在其中一個或多個管路上安裝有用于控制液體流出速度的流量調節閥和/或用于反向注入液體的流量調節泵。所述調節閥可控制不同導流孔的液體流出速度，從而控制槽內液體的流動方向和流速，進而控制石墨烯薄膜與基底接觸的角度與速度。所述流量調節泵可用于反向注入溶液，抬起溶液高度，從而對貼敷過程起到矯正作用。

在本發明的一個方面中，可以一個導流孔連接一個管路，也可以多個導流孔共用一個管路。在本發明的一個方面中，一個管路中，所述流量調節閥和流量調節泵可各自單獨存在，也可同時存在。

在另一種優選實施方案中，本發明裝置中的支架與該槽體側壁所成夾角特別優選可在0-90度范圍內調整，更優選在20-60度范圍內，從而實現石墨烯薄膜與基底的貼敷。可對該角度進行優化，從而進一步提高石墨烯薄膜與基底的貼敷效果。

在一種優選實施方案中，本發明裝置中的導流孔位于該槽體的底面上。