[發(fā)明專利]一種CVD沉積石墨烯膜的規(guī)模化生產(chǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610052662.2
• 申請(qǐng)日: 2016-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN105603384B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟怡楠;譚化兵;劉海濱;沈大勇;王煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫格菲電子薄膜科技有限公司
• 主分類號(hào): C23C16/26
• 分類號(hào): C23C16/26;C23C16/458
• 代理公司: 北京世衡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11686
• 代理人: 肖淑芳

本發(fā)明公開了一種CVD沉積石墨烯膜的規(guī)模化生產(chǎn)方法，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在真空狀態(tài)下先對(duì)金屬基底進(jìn)行熱處理，通入惰性氣體和碳源氣體，碳源氣體高溫下在金屬基底表面催化裂解，生長(zhǎng)出石墨烯，采用多層金屬基底疊加的方式規(guī)模化生長(zhǎng)，相鄰兩層金屬基底之間用隔離層隔開。本發(fā)明通過隔離層的設(shè)置，不僅防止金屬基底的粘連，且不影響每層銅箔沉積高質(zhì)量石墨烯，實(shí)現(xiàn)了一片基板可裝多層的用于生長(zhǎng)石墨烯的金屬基底，從而達(dá)到同樣一個(gè)反應(yīng)爐可應(yīng)現(xiàn)傳統(tǒng)CVD法的百倍以上的產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模化的生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及種一種CVD沉積石墨烯膜的規(guī)模化生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

目前，石墨烯的制備有很多方法，包括微機(jī)械剝離法、化學(xué)剝離法、碳化硅外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法。其中，機(jī)械剝離法過程簡(jiǎn)單，產(chǎn)物質(zhì)量高，但只能得到極少量石墨烯，效率低、隨機(jī)性大；SiC表面外延生長(zhǎng)法可獲得大面積的單層石墨烯，且質(zhì)量較高，但該方法生長(zhǎng)效率低、可控性差，且生長(zhǎng)條件苛刻，石墨烯難于轉(zhuǎn)移；化學(xué)剝離法由于強(qiáng)氧化過程的參與導(dǎo)致制備出的石墨烯含有較多缺陷，導(dǎo)電性較差，并且石墨烯的尺寸較小(片徑大多在微米量級(jí))。CVD方法具有簡(jiǎn)單易行、所得石墨烯質(zhì)量很高、可實(shí)現(xiàn)大面積生長(zhǎng)以及較易于轉(zhuǎn)移到各種基體上使用等優(yōu)點(diǎn)，因此該方法被廣泛用于制備石墨烯晶體管和透明導(dǎo)電薄膜，目前已逐漸成為制備高質(zhì)量石墨烯的主要方法。

隨著石墨烯材料的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展以及越來越成熟的應(yīng)用，例如：由于石墨烯電池的優(yōu)越性能，迅速推動(dòng)了電動(dòng)氣車的發(fā)展；石墨烯作為半導(dǎo)體材料，越來越多的取代了硅、鍺等材料，等等。然而，相應(yīng)的，石墨烯的需求量隨著這些產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，越來越供不應(yīng)求，石墨烯材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展受到產(chǎn)能不足的限制。目前，全球范圍內(nèi)，對(duì)于石墨烯的生產(chǎn)，由于其生產(chǎn)裝置和工藝條件等的約束下，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高效的生產(chǎn)，同時(shí)也導(dǎo)致生產(chǎn)成本過高，又阻礙石墨烯的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

目前CVD沉積石墨烯膜掛裝工藝：將單層金屬基底平鋪到耐高溫托板上，耐高溫托板通常為石英，石墨，或碳纖維等耐高溫材料。

現(xiàn)有技術(shù)因質(zhì)量和體積限制，樣品掛裝數(shù)量受限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種CVD沉積石墨烯膜的規(guī)模化生產(chǎn)方法，提高了石墨烯的生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實(shí)現(xiàn)：

一種CVD沉積石墨烯膜的規(guī)模化生產(chǎn)方法，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在真空狀態(tài)下先對(duì)金屬基底進(jìn)行熱處理，通入惰性氣體和碳源氣體，碳源氣體高溫下在金屬基底表面催化裂解，生長(zhǎng)出石墨烯，采用多層金屬基底疊加的方式規(guī)模化生長(zhǎng)，相鄰兩層金屬基底之間用隔離層隔開。

優(yōu)選的，所述隔離層為輕質(zhì)耐高溫隔離材料，于1050℃下物化性質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)選石墨紙、碳纖維布、碳化硅纖維布，更優(yōu)選為石墨紙。

優(yōu)選的，所述隔離層具有透氣性，優(yōu)選采用在隔離層上打孔的方式增加隔離層的透氣性。

優(yōu)選的，所述隔離層的面積等于或大于所隔離的相鄰金屬基底的面積，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述隔離層的面積大于所隔離的相鄰金屬基底的面積。

優(yōu)選的，所述金屬基底的層數(shù)為2層以上，例如：2層、7層、13層、26層、50層、60層、70層、80層、100層、110層、130層、160層、200層、270層、300層等；優(yōu)選10-120層，例如：10層、15層、20層、25層、30層、35層、40層、45層、50層、55層、60層、65層、70層、75層、80層、85層、90層、95層、100層、105層、110層、115層、120層等；更優(yōu)選30-100層，例如：30層、34層、38層、42層、46層、53層、59層、66層、71層、77層、82層、86層、92層、95層、98層、100層等；更優(yōu)選70-100層，例如：70層、71層、72層、76層、78層、79層、80層、82層、83層、86層、87層、90層、91層、93層、96層、97層、100層等。