[發(fā)明專利]石墨烯電磁線圈的CVD成膜方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610268863.6
• 申請(qǐng)日: 2016-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN105779963A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇;楊曉晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京晶晶星科技有限公司
• 主分類號(hào): C23C16/26
• 分類號(hào): C23C16/26;C23C16/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯電磁線圈的制備。尤其涉及石墨烯電磁線圈的CVD成膜方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電磁線圈主要采用純銅(無(wú)氧銅)做成圓導(dǎo)線，導(dǎo)線外面涂覆絕緣漆制成漆包線， 用這種漆包線纏繞成線圈，銅漆包線伴隨著電磁線圈的應(yīng)用一直延續(xù)到今天。人們?nèi)粘＝佑| 的材料中，銀的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能均優(yōu)于銅，從性能方面考慮，銀替代銅是可以獲得更好的技 術(shù)性能。但是，由于兩種金屬的價(jià)格和產(chǎn)量都決定了銀是不可能替代銅做為漆包線應(yīng)用的。

石墨烯的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)性價(jià)比更優(yōu)的“漆包線”提供了可能。石墨烯是迄今為止導(dǎo)電性 和導(dǎo)熱性最好的材料，同時(shí)也是最薄的材料。制備石墨烯的原料是石墨，石墨的儲(chǔ)量和價(jià)格 為石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。雖然目前石墨烯的價(jià)格還高的驚人，不具備大規(guī) 模應(yīng)用的可能，但是隨著制備技術(shù)的不斷進(jìn)步和石墨烯材料的大面積應(yīng)用，石墨烯的價(jià)格必 定會(huì)呈雪崩式的跌落至低于無(wú)氧銅的價(jià)格。

化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition——CVD)是用來制造擁有很高強(qiáng)度的高 純度固體材料的專業(yè)方法。

扁平導(dǎo)線技術(shù)和平面線圈技術(shù)在電磁線圈中的成功應(yīng)用，為石墨烯導(dǎo)入電磁線圈的應(yīng)用 奠定了工藝基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)電磁線圈的具體應(yīng)用要求，選擇合適的基底材料(這些材料可以是鎳、銅、二氧化 硅、PET中的一種或兩種以上的組合)；將基底材料按需要加工成合適的形狀，例如圓形、 矩形、多邊形；根據(jù)所用石墨烯的親/疏水性，選擇與其性能相反的疏/親水涂料，在基底材料 的表面絲印與線圈圖形相反的圖案——線圈的絕緣空間；將制作好的基底材料置于CVD反應(yīng) 室內(nèi)，進(jìn)行CVD成膜；根據(jù)CVD反應(yīng)的實(shí)際工況和對(duì)石墨烯膜層厚度的要求，控制反應(yīng)時(shí) 間，得到滿足設(shè)計(jì)要求的石墨烯膜；去除涂料；采用導(dǎo)電性能良好的金屬(銅或銀)在制作 完成的石墨烯線圈的兩個(gè)端點(diǎn)制作接線端子，形成完整的石墨烯線圈。

本發(fā)明所采用的CVD工藝可以是以下CVD方法中的一種或兩種及以上的組合：低壓 CVD——LPCVD，常壓CVD——APCVD，亞常壓CVD——SACVD，超高真空CVD—— UHCVD，等離子體增強(qiáng)CVD——PECVD，高密度等離子體CVD——HDPCVD以及快熱 CVD——RTCVD，金屬有機(jī)物CVD——MOCVD。

CVD制膜反應(yīng)過程的控制：

(a)CVD反應(yīng)為表面反應(yīng)限制時(shí)，反應(yīng)速率寫成：

沉積速率＝K_r·C_g

＝K₀exp(-E_a/kT)C_g

其中K₀為常數(shù)，E_a為表面化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行所需之活化能量，此反應(yīng)主要是因?yàn)闇囟炔粔? 高，反應(yīng)物無(wú)法得到足夠能量。

(b)CVD反應(yīng)為擴(kuò)散限制時(shí)，反應(yīng)速率寫成：

沉積速率＝D·C_g/δ

＝D₀exp(-E_d/kT)C_g/δ

其中D₀為擴(kuò)散常數(shù)，E_d為氣體分子進(jìn)行擴(kuò)散所需之能量。此反應(yīng)主要是因?yàn)榉磻?yīng)速率 太快，通常發(fā)生在高溫。

附圖說明

圖1(a)：矩形石墨烯線圈示意圖

1-1——基底材料；

1-2——石墨烯線圈；

1-3——接線端子。

圖1(b)：圓形石墨烯線圈示意圖

1-1——基底材料；

1-2——石墨烯線圈；

1-3——接線端子；

1-4——線圈絕緣區(qū)。

圖2：CVD原理示意圖

2-1——反應(yīng)氣體進(jìn)入通道；

2-2——層流區(qū)；

2-3——界面層；

2-4——機(jī)座；

2-5——線圈基底材料。

圖3：CVD生產(chǎn)過程示意圖

2-1——反應(yīng)氣體進(jìn)入通道；

3-1——反應(yīng)氣體；

3-2——運(yùn)送氣體；

3-3——反應(yīng)分子；

3-4——吸附；

3-5——分解；