[發明專利]一種用于在帶/線材上連續化生長二維材料的卷對卷裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201710729069.1
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107557761B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 王鈺;顧偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C23C16/54
• 分類號: C23C16/54;C23C16/52;C23C14/56;C23C14/54;C23C14/35;C23C28/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

1.一種在帶/線材上連續化生長二維材料的設備，其特征在于，所述設備包括：

卷對卷裝置，通過第一卷繞輥和第二卷繞輥的轉動使得帶/線材能夠在兩個卷繞輥之間轉移；

二維材料生長腔室，設置于第一卷繞輥和第二卷繞輥之間，所述帶/線材在二維材料生長腔室內穿過，并通過化學氣相沉積法沉積二維材料；

至少一個冷卻室，設置于第一卷繞輥和第二卷繞輥之間，且與作為收卷輥的卷繞輥相鄰；

所述設備還包括磁控濺射室，用于在帶/線材上濺射催化金屬膜層，所述磁控濺射室與二維材料生長腔室相鄰；

所述卷對卷裝置包括：

第一卷繞輥、第二卷繞輥；且通過第一卷繞輥和第二卷繞輥的轉動使得帶/線材能夠在兩個卷繞輥之間轉移；

監測單元，用于監測處于第一卷繞輥和第二卷繞輥之間的帶/線材的狀態參數；

所述狀態參數包括帶/線材的移動速度和/或移動過程中的張力；

所述監測單元還包括至少一個張力測試輥，設置于在第一卷繞輥和第二卷繞輥之間，用于測定帶/線材移動過程中的張力；

控制單元，用于根據監測單元檢測到的狀態參數，控制第一卷繞輥和/或第二卷繞輥的轉速；

所述控制單元用于通過控制第一卷繞輥和/或第二卷繞輥的轉速將所述帶/線材的張力控制在化學氣相沉積溫度下帶/線材極限張力的0.1～0.5倍以內；

所述設備用于在帶/線材上連續化生長二維材料，所述連續化生長二維材料的步驟包括：

(1)將帶/線材卷繞在第一卷繞輥上，并將卷繞后的帶/線材的游離端穿過磁控濺射室、二維材料生長腔室和冷卻室，之后將游離端固定在第二卷繞輥上；所述第一卷繞輥為放卷輥，第二卷繞輥為收卷輥；

(2)啟動卷繞輥，實現帶/線材按照預定速度在磁控濺射室、二維材料生長腔室和冷卻室內移動，并同時進行第一次沉積，所述第一次沉積任選為磁控濺射或化學氣相沉積；

(3)第一卷繞輥的帶/線材全部轉移至第二卷繞輥后，得到生長有第一層連續化二維材料的帶/線材；

(4)調整卷繞輥的卷繞方向，使第二卷繞輥作為放卷輥，第一卷繞輥作為收卷輥；

(5)再次啟動卷繞輥，實現帶/線材按照預定速度在磁控濺射室、二維材料生長腔室和冷卻室內移動，并同時進行第二次沉積，所述第二次沉積任選為磁控濺射或化學氣相沉積。

2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述監測單元包括至少一個速度測速輥，設置于第一卷繞輥和第二卷繞輥之間，用于測定帶/線材的移動速度。

3.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述監測單元包括設置于近第一卷繞輥一端的第一速度測速輥和第一張力測試輥，以及設置于近第二卷繞輥一端的第二速度測試輥和第二張力測試輥。

4.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述控制單元用于通過控制第一卷繞輥和/或第二卷繞輥的轉速將所述帶/線材的速度控制在500cm/min以內。

5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述控制單元用于通過控制第一卷繞輥和/或第二卷繞輥的轉速將所述帶/線材的速度控制在1～200cm/min。

6.如權利要求5所述的設備，其特征在于，所述控制單元用于通過控制第一卷繞輥和/或第二卷繞輥的轉速將所述帶/線材的速度控制在1～30cm/min。

7.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述控制單元用于通過控制第一卷繞輥和/或第二卷繞輥的轉速將所述帶/線材的張力控制在化學氣相沉積溫度下帶/線材極限張力的0.3倍。

8.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述控制單元根據監測的狀態參數采用PID算法獲得第一卷繞輥和/或第二卷繞輥轉速的調整幅度。

9.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述卷對卷裝置還包括至少一個支撐輥，用于支撐帶/線材。