[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

本發明涉及一種用于在帶/線材上連續化生長二維材料的卷對卷裝置，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；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。本發明通過監測帶/線材在傳送過程中的狀態參數——速度和張力，設定帶/線材穩定轉移的狀態參數，從而實現均勻持續沉積二維材料的目的。

技術領域

本發明涉及二維原子晶體材料生長技術領域，尤其涉及一種用于在帶/線材上連續化生長二維材料的卷對卷裝置及其控制方法、包含其的設備及使用方法和制備得到的二維材料。

背景技術

二維原子晶體是指一種只有單個或幾個原子厚度的二維材料，從本質上來講更像上一種巨大的二維分子，這種材料因為其絕對的二維結構而具備了令人意外的特性與功能。典型的二維原子晶體材料包括石墨烯材料、氮化硼材料等。石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，且只有一個碳原子厚度的二維材料；六方氮化硼(BN)與石墨是等電子體，具有白色石墨之稱，具有類似石墨的層狀結構，有良好的潤滑性，電絕緣性導熱性和耐化學腐蝕性，具有中子吸收能力。

現有的二維原子晶體材料的制備方法大多是“間歇式”的生長模式，無法規模化生產，制備效率低，價格昂貴；且操作為非自動化，晶體材料的生長隨機，工藝不穩定，重復性差。以石墨烯為例，其現有的制備方法有微機械分離法、氧化石墨還原法、SiC熱解法、化學氣相沉積法(CVD)等。化學氣相沉積法制備石墨烯的過程是以甲烷、乙醇等含碳化合物作為碳源，在鎳、銅等金屬襯底上通過將碳源高溫分解，然后采用強迫冷卻的方式在襯底表面形成石墨烯的過程。

現有技術在宏量制備和應用二維原子晶體材料方面都面臨著如下幾個問題(1)缺乏連續化制備工藝；(2)缺少全流程自動化精確控制；(3)難以形成規模化應用平臺。

CN103469203A公開了一種包覆二維原子晶體的基材、其連續化生產線及方法。所述包覆二維原子晶體的基材的連續化生產線包括依次連接的設有第一卷輥(11)的放卷室(1)、磁控濺射室(6)、電感耦合-化學氣相沉積室(2)、冷卻室(3)以及設有第二卷輥(41)的收卷室(4)，其能夠實現包覆二維原子晶體的基材的連續化生產，制備效率高，降低了包覆二維原子晶體的基材的生產成本，生產過程條件可控，工藝條件穩定，重復性高。

但是對于連續化生長二維材料過程，其生長基底的狀態非常重要，但是生長基底的哪種狀態對于連續化生長起到關鍵因素，本領域技術人員并沒有給出研究。

因此，如何能夠獲得一種用于二維材料連續化生長設備的卷對卷裝置，是本領域一個亟待決絕的技術問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種用于在帶/線材上連續化生長二維材料的卷對卷裝置，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；

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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。