[發明專利]用于在磁場中制造石墨烯的系統

在審

• 申請號: 201580050017.0
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN107074550A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 拉里·W·富勒頓;馬克·D·羅伯茨
• 申請（專利權）人: 錫達里奇研究有限責任公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;B01J19/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 劉明海,楊生平

相關申請的交叉引用

本非臨時申請是2014年5月12日提交的非臨時申請號14/275，267的部分繼續申請，上述申請是2014年5月13日發布的美國專利8，721，843的部分繼續申請，美國專利8，721，843權利要求由Fullerton等人于2010年10月15日提交的名稱為“制造石墨烯的系統和方法”的臨時申請號61/455，211的35USC 119(e)下的權益。

本非臨時申請要求Fullerton等人于2014年7月17日提交的名稱為“在磁場中制造石墨烯的系統”的臨時申請號62/025，691的35USC 119(e)下的權益。

這些申請的全部內容在此通過引用并入本文。

發明領域

本發明概括地涉及一種用于生成連續的石墨烯膜的系統。更具體地，本發明涉及使用連續制備網的方法制造石墨烯的系統，由此通過碳原子源的電離作用生成的均勻等離子體分布以所需速率產生碳原子的輝光放電，從而使得懸浮在磁場上方的石墨烯膜連續生長。

發明背景

目前用于制造石墨烯膜的系統和方法，如使用膠帶以從石墨中移出石墨烯層，通常是特定的且不可控的。因此，期望有用于商業目的制造足夠質量和數量的石墨烯的改進系統和方法。

發明內容

本發明是通過在磁場上方產生石墨烯時懸浮石墨烯來生成石墨烯的改進系統。根據本發明的一個實施方案，用于在磁場中生成石墨烯的系統包括：用于產生多個離子化碳原子的等離子體發生器，所述多個離子化碳原子以碳原子云離開所述等離子體發生器；用于在碳原子云離開所述等離子體發生器時接收所述碳原子云并且用于由多個離子化碳原子生成石墨烯膜的石墨烯生成室，所述石墨烯生成室具有磁性結構，所述磁性結構包括交替極性磁源的二維陣列，所述磁源產生具有足以使所述石墨烯膜懸浮在所述磁性結構上方的磁場梯度，所述磁性結構從生長部分延伸到回收部分；以及石墨烯種子源，用于將石墨烯種子提供到所述石墨烯生成室的生長部分內的磁場上方的初始位置，在所述磁場上方生成所述石墨烯膜，使得由于所述石墨烯膜是抗磁性的，所述石墨烯膜懸浮在所述磁場上方，所述碳原子云使所述懸浮的石墨烯膜從初始位置連續生長，設置所述石墨烯生成室，使得所述懸浮的石墨烯膜移動離開所述初始位置并且通過所述石墨烯生成室，直到其作為回收的石墨烯產物離開所述石墨烯生成室的回收部分。

所述系統可以包括碳原子源，其中所述碳原子源可以包括甲烷、二氧化碳或一氧化碳中的至少一種。所述碳原子源的化學式可以僅具有一個碳原子。

所述系統可以包括惰性氣體，其中所述惰性氣體可以包括氦氣、氬氣、氪氣、氖氣或氙氣中的至少一種。

所述系統可以包括電離能源，其中所述電離能源可以包括射頻源或高壓源之一，其中所述射頻源可以是微波信號。

所述系統可以包括至少一個控制系統，用于控制所述碳原子源與所述惰性氣體的比例、控制絕對壓力，以及控制由所述電離能源產生的等離子體的能量密度，以控制輝光放電和等離子體的分布，所述輝光放電產生多個離子化碳原子?？梢钥刂平^對壓力以獲得分子碰撞之間的平均自由路徑，以產生輝光放電和等離子體的均勻分布。

所述磁性結構可以是永磁材料，其中所述永磁材料可以被磁化，使得所述磁場的磁場強度在所述石墨烯種子的初始位置附近最強，并且所述磁場的磁場強度逐漸變弱，直到它在所述石墨烯生成室的回收部分的端部附近最弱。

所述磁性結構可以包括電磁體或電永磁體之一。

所述系統可以包括用于修整所述石墨烯膜的至少一個激光器。

所述系統可以包括在所述石墨烯上方的第二個磁性結構。

所述系統可以被設置為使得沿著其長度的磁場的外邊緣呈現出比磁場的中心部分更強的磁場強度。

所述系統可以包括勢壘磁場源。

所述系統可以包括在所述石墨烯生成室的生長部分和回收部分之間的加工部分，用于加工所述石墨烯膜，其中加工可以包括下述中的一種：激光繪制導電跡線、使用立體光刻施加其它原子、活化碳或混合雜質。

附圖說明

參照附圖描述本發明。在附圖中，相同的附圖標記表示相同或功能相似的元件。另外，附圖標記的最左邊的數字標識附圖標記首次出現的附圖。

圖1A描繪了示例性石墨烯制造系統；

圖1B描繪了另一個示例性石墨烯制造系統；

圖2A描繪了橫跨示例性碗形磁性結構的寬度的橫截面；

圖2B描繪了橫跨磁性結構的示例性碗形磁場的寬度的橫截面；