[發明專利]一種規模化連續制備二維納米薄膜的裝置

有效

• 申請號: 201210163121.9
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102650046A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 徐明生
• 申請（專利權）人: 徐明生
• 主分類號: C23C16/54
• 分類號: C23C16/54;C23C14/56;C23C28/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發明涉及一種新材料的制備裝置，特別是涉及一種規模化連續制備石墨烯、金屬硫族化物、硅烯、鍺烯、氮化硼等新型二維納米材料的裝置。

背景技術

石墨烯(graphene)具有卓越的二維電學、光學、熱學、力學性能以及化學穩定性,石墨烯在超快光電子器件、潔凈能源、傳感器等方面具有廣泛的應用前景。電子在石墨烯中傳輸速度是硅的150倍，IBM等著名公司已經制備速度可達太赫茲的超快速光電子器件，美國加州大學利用石墨烯研制成光學調制解調器，有望將網速提高1萬倍；全球每年半導體晶硅的需求量在2500噸左右，石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成電路如射頻電路，市場容量至少在5000億元以上。因為石墨烯只有2.3%光吸收，這使石墨烯可用于制備光電子器件如顯示器件、太陽能電池、觸摸面板等的柔性透明電極，從而取代成本昂貴、資源稀少、不可自由折疊的由銦為主要成分的ITO透明導電膜；據報道，2011年全球ITO導電玻璃的需求量在8500萬-9500萬片，這樣，石墨烯的替代空間巨大。由于石墨烯獨特的電子傳輸特性，作為傳感器，它具有單分子的敏感性；如果基于石墨烯的基因電子測序技術能夠實現，人類全基因譜圖測定的測序成本將由目前的約10萬美元/人而大大降低到約1000美元/人，從而有助于生物醫學的創新，有助于實現個性化的醫療保健。經過這幾年的快速發展，石墨烯產品已經出現在觸摸屏應用上。因此，石墨烯良好的商業價值和廣闊的市場已經展現曙光，石墨烯材料的產業化將是對材料、信息、能源工業的一次革命性變革！

除了石墨烯外，類石墨烯(graphene-like)的新型二維納米材料也具有其獨特的光電子性能，具有廣泛的應用前景。類石墨烯的新型二維納米材料包括層狀的金屬硫族化物（metal?chalcogenides）、硅烯（silicene）、鍺烯(germanene)、氮化硼(boron?nitride)等。

然而，目前還沒有規模化連續制備石墨烯等二維納米薄膜的裝置，化學氣相沉積法(CVD)以及碳偏析(surface?segregation)法是大面積制備二維納米薄膜的技術方法，采用這兩種方法制備二維納米薄膜的設備基本上都是石英管高溫爐[Science?324,1312-1314(2009);Nature?Nanotechnology?5,574(2010);Nano?Lett.11,297-303(2011)]。基于石英管的高溫爐僅具備在已有金屬催化層上合成二維納米薄膜的單一功能，即不能先后連續對襯底的表面進行處理，在襯底上制備合成二維納米薄膜所需的催化層和之后的二維納米薄膜的合成。并且，采用石英管式爐合成的二維納米薄膜存在許多結構缺陷，導致制備薄膜的電子傳輸性能較差，石英管式爐已經嚴重制約了二維納米薄膜如石墨烯薄膜的應用，不適合規模化連續制備如石墨烯等二維納米薄膜。

為了實現二維納米薄膜的規模化連續制備，即包括襯底的處理、催化層的制備、二維薄膜的制備等連續過程，各腔室在二維納米薄膜的制備過程中應該承擔專有的獨特的功能角色。

發明內容

為克服現有技術存在的上述不足，本發明提供一種能夠大面積規模化連續制備石墨烯、金屬硫族化物、硅烯、鍺烯、氮化硼等二維納米薄膜的裝置，在本發明的裝置中，各腔室都有各自獨特的功能，以便實現二維納米薄膜的規模化連續制備，本發明的裝置具有結構簡單、操作簡單、安全性好等特點，采用此裝置制備二維納米薄膜生產成本較低。

本發明采用如下技術方案：

一種規模化連續制備二維納米薄膜的裝置，其特征在于依次設有進料腔室、處理腔室、第一平衡腔室、第一薄膜制備腔室、第二平衡腔室、第二薄膜制備腔室、第三平衡腔室、化學氣相沉積腔室和出料腔室，其中：

進料腔室設有與大氣相通的閥門，進料腔室與處理腔室之間設有閥門，處理腔室與第一平衡腔室之間設有閥門，第一平衡腔室與第一薄膜制備腔室之間設有閥門，第一薄膜制備腔室與第二平衡腔室之間設有閥門，第二平衡腔室與第二薄膜制備腔室之間設有閥門，第二薄膜制備腔室與第三平衡腔室之間設有閥門，第三平衡腔室與化學氣相沉積腔室之間設有閥門，化學氣相沉積腔室與出料腔室之間設有閥門，出料腔室設有與大氣相通的閥門。