[發明專利]一種電子束掃描制備石墨烯晶體薄膜的裝置

有效

• 申請號: 202010979553.1
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112144123B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 許海鷹
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: C30B35/00
• 分類號: C30B35/00;C30B29/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種電子束掃描制備石墨烯晶體薄膜的裝置，包括真空室及設于真空室頂部的電子槍，真空室的內部設有工作臺，工作臺上設有絕緣板，絕緣板上設有金屬基板，金屬基板上設有碳聚合物薄膜；碳聚合物薄膜外側至真空室內側頂部的電子束流輸出口的區域籠罩有碳粉吸附罩，碳粉吸附罩包括內層和外層，內層和外層之間設有多個絕緣陶瓷塊，內層接地，外層與第一直流電源電性連接，以使內層和外層之間形成第一吸附靜電場，該第一吸附靜電場用于吸附電子束掃描制備石墨烯晶體薄膜過程中產生的碳粉。本發明通過碳粉吸附罩可以最大限度吸附加工過程產生的碳粉，有效防止加工過程產生的碳粉對電子槍和真空室的污染，提高設備的使用壽命。

技術領域

本發明涉及石墨烯晶體薄膜制備技術領域，特別是涉及一種電子束掃描制備石墨烯晶體薄膜的裝置。

背景技術

石墨烯粉體、石墨烯晶體薄膜是目前得到行業領域公認的兩種石墨烯。當前，石墨烯粉體的生產裝置和工藝技術日趨成熟，但是石墨烯晶體薄膜的制備技術尚處于實驗室階段。與石墨烯粉體相比，石墨烯晶體薄膜在各行業領域應用的優越性更加明顯。在航空航天領域，基于石墨烯晶體薄膜的導線可以代替金屬導線，或者按照導線布局直接在聚酰亞胺基底的復合材料上制備出來，可以減輕飛行器結構重量，有效提高飛行器整體性能。石墨烯晶體薄膜還可以制成儲能裝置，以其儲能量高、充電速度快、重量輕、壽命長、無污染等優越性，可替代傳統的鉛酸電池、鋰電池，可為電池、電動車等產業發展帶來新的變革。而在日常生活中，石墨烯晶體薄膜可以制成可穿戴衣物。

目前，石墨烯晶體薄膜的制備主要有化學氣相沉積法、外沿生長法、剝離法等，上述幾種方法均無法適應大規模批量化生產需求。近年來，國內外一些研究機構開始采用電子束輻照、激光掃描方法制備石墨烯晶體薄膜，但是仍不能滿足規模化高品質石墨烯晶體薄膜制備的需求。其中，采用電子束輻照技術制備石墨烯晶體薄膜時，雖然能夠控制石墨烯的寬度和層數，但束斑直徑小于50nm，輻照時間需要10s～120s，生產效率太低，無法適應大規模批量化生產需求；采用激光掃描技術制備石墨烯晶體薄膜時，通常在大氣環境下進行，激光掃描碳聚合物薄膜的過程中，產生的碳粉，容易污染周圍環境，且產生石墨烯晶體薄膜質量易受到氣體雜質的影響，導致質量難以大幅提高。

發明內容

本發明實施例提供了一種電子束掃描制備石墨烯晶體薄膜的裝置，可以大規模批量化制備石墨烯晶體薄膜，同時提高制備石墨烯晶體薄膜的質量。

一種電子束掃描制備石墨烯晶體薄膜的裝置，包括真空室及設于所述真空室頂部的電子槍，所述真空室的內部設有工作臺，所述工作臺上設有絕緣板，所述絕緣板上設有金屬基板，所述金屬基板上設有碳聚合物薄膜；

所述碳聚合物薄膜外側至所述真空室內側頂部的電子束流輸出口的區域籠罩有碳粉吸附罩，所述碳粉吸附罩包括內層和外層，所述內層和外層之間設有多個絕緣陶瓷塊，所述內層接地，所述外層與第一直流電源電性連接，以使所述內層和外層之間形成第一吸附靜電場，該第一吸附靜電場用于吸附所述電子束掃描制備石墨烯晶體薄膜過程中產生的碳粉。

進一步地，所述碳粉吸附罩由無磁金屬材料制成，且結構尺寸由所述碳聚合物薄膜外側至所述真空室內側頂部的電子束流輸出口處逐漸減小。

進一步地，所述內層與外層上分別均勻密布1～3mm的第一吸附孔，所述內層與外層上的第一吸附孔錯位分布。

進一步地，所述電子槍包括殼體，所述殼體的內部從上到下依次同軸安裝有陰極、柵極、絕緣子、陽極、陽極固定盤、聚焦線圈、掃描線圈、線圈固定盤和碳粉吸附柵；

所述柵極安裝在所述絕緣子上，所述陰極通過燈絲座固定在所述柵極上；

所述陽極固定盤上方至所述殼體頂部之間的腔體設置第一真空泵接口，所述第一真空泵接口連接第一真空泵組；

所述聚焦線圈、掃描線圈安裝在所述線圈固定盤上，且安裝于所述陽極固定盤的下端，所述碳粉吸附柵安裝于所述線圈固定盤的下端；