[發(fā)明專利]一種制備石墨烯的夾具以及制備石墨烯的方法

有效

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• 申請(qǐng)日: 2014-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN104477899A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李占成;張永娜;高翾;姜浩;黃德萍;朱鵬;邵麗;史浩飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶墨希科技有限公司;中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備石墨烯的夾具以及制備石墨烯的方法。

背景技術(shù)

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格結(jié)構(gòu)的單原子層二維平面薄膜。2004年，才由英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆(Andre?Geim)和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin?Novoselov)，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，首次證明單原子層二維材料可以獨(dú)立存在。石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)，在石墨烯被發(fā)現(xiàn)短短幾年內(nèi)便得到廣泛的研究。發(fā)現(xiàn)石墨烯的科學(xué)家Andre?Geim和Konstantin?Novoselov也由于他們?cè)谑┥系拈_創(chuàng)性工作而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯在新能源、新材料、電子器件等諸多方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

經(jīng)過近幾年的發(fā)展，可以通過多種方法獲得石墨烯，主要有：(1)機(jī)械剝離法。這種方法獲得石墨烯面積小且不可重復(fù)，僅適合實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究使用。(2)SiC高溫外延生長(zhǎng)石墨烯。這種方法主要是通過高溫條件(大于1200度)將SiC表面的Si原子蒸發(fā)掉，剩余的C原子在表面重新組合形成石墨烯，這種方法制備石墨烯成本高，且轉(zhuǎn)移困難。(3)還原氧化石墨烯法。這種方法主要制備石墨烯粉末，做成的石墨烯薄膜缺陷高，導(dǎo)電性差。(4)化學(xué)氣相沉積法(CVD)。該方法制備石墨烯薄膜面積大，成本低，質(zhì)量高，具極大的應(yīng)用前景。CVD已經(jīng)發(fā)展成制備石墨烯薄膜最有前景的方法之一。CVD法是在真空容器中將甲烷等碳源加熱至特定溫度下使其分解，然后在Ni、Cu等過渡金屬箔上形成石墨烯膜的技術(shù)。CVD制備高質(zhì)量的石墨烯通常需要在石墨烯生長(zhǎng)襯底熔點(diǎn)(1000度左右)進(jìn)行，且使用厚度小于100微米的過渡金屬作為石墨烯生長(zhǎng)襯。確保生長(zhǎng)襯底表面的平整性的同時(shí)，在制備石墨烯薄膜時(shí)還要避免金屬襯底之間因相互接觸、粘合而變形，所以限制了單次制備石墨烯的量。雖然韓國(guó)成均館大學(xué)可以一次制備對(duì)角線達(dá)15英寸的石墨烯薄膜，但其采用直徑為8英寸的管式爐，并將石墨烯生長(zhǎng)襯底鋪滿整體爐管內(nèi)壁獲得，其余生長(zhǎng)空間并沒有被合理利用，不僅單生長(zhǎng)批次制備的數(shù)量少，而且還造成資源浪費(fèi)。近期，日本索尼采用電極加熱生長(zhǎng)襯底的辦法實(shí)現(xiàn)了卷對(duì)卷生長(zhǎng)石墨烯，但由于是局部加熱且溫度較低，制備出的石墨烯質(zhì)量差，不能滿足應(yīng)用需求。如何快速、規(guī)模化制備大面積、高質(zhì)量石墨烯的方法一直沒有取得突破，極大的限制了石墨烯制備的效率和產(chǎn)量，阻礙了其進(jìn)一步的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

在工業(yè)化制備石墨烯的進(jìn)程中，石墨烯的生長(zhǎng)方式和夾具設(shè)計(jì)更是沒有很好發(fā)展，石墨烯產(chǎn)量低，造成資源的極大浪費(fèi)。近期，雖然有些專利發(fā)明就合理利用石墨烯有限的生長(zhǎng)空間提出了解決方案并給出相關(guān)夾具(如：CN203451615U)，但夾具結(jié)構(gòu)團(tuán)笨重，樣品尺寸不統(tǒng)一，自動(dòng)化操作流程難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能合理利用工藝腔內(nèi)有限的生長(zhǎng)空間，在保證制備石墨烯薄膜品質(zhì)的同時(shí)，盡可能最大程度的增加單批次制備石墨烯薄膜的數(shù)量實(shí)現(xiàn)資源浪費(fèi)最小化，成本最低化，且可應(yīng)用于自動(dòng)化工藝流程中的制備石墨烯的夾具以及制備石墨烯的方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種制備石墨烯的夾具，包括水平設(shè)置的頂框、底框和裝載托盤，所述頂框和所述底框通過豎直設(shè)置的第一側(cè)板、第二側(cè)板和擋板固定連接，所述擋板與所述第一側(cè)板、第二側(cè)板豎直設(shè)置，所述頂框、所述底框均屬于中間開孔的平面結(jié)構(gòu)，所述頂框、所述底框、所述第一側(cè)板、所述第二側(cè)板和所述擋板組成一側(cè)面設(shè)有開口的四方體結(jié)構(gòu)，所述第一側(cè)板、所述第二側(cè)板和所述擋板分別位于所述四方體結(jié)構(gòu)的另外三個(gè)側(cè)面上，所述第一側(cè)板和所述第二側(cè)板相對(duì)平行設(shè)置，所述第一側(cè)板朝向所述第二側(cè)板的一面上和所述第二側(cè)板朝向所述第一側(cè)板一面上均均勻設(shè)有多個(gè)上下均勻分布且對(duì)應(yīng)等高的托盤槽，所述裝載托盤兩相對(duì)的側(cè)邊分別插在所述第一側(cè)板上的所述托盤槽內(nèi)和所述第二側(cè)板上的所述托盤槽內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：本夾具合理利用工藝腔內(nèi)有限的生長(zhǎng)空間，在保證制備石墨烯薄膜品質(zhì)的同時(shí)，盡可能最大程度的增加單批次制備石墨烯薄膜的數(shù)量實(shí)現(xiàn)資源浪費(fèi)最小化，成本最低化。此外，本夾具可應(yīng)用于石墨烯自動(dòng)化工藝流程中，實(shí)現(xiàn)石墨烯生長(zhǎng)基底切片、裝樣、插片、生長(zhǎng)、取樣、取片等環(huán)節(jié)的自動(dòng)化操作，保證各批次石墨烯樣片的均勻性和穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和良率。側(cè)板的托盤槽用于固定裝載托盤，裝載托盤用于裝載石墨烯生長(zhǎng)襯底，擋板用于定位裝載托盤插入的位置，同時(shí)對(duì)石墨烯生長(zhǎng)襯底被工藝氣體氣流吹走起雙重阻擋作用。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。