[發明專利]分區式石墨烯薄膜制備裝置及制備方法

在審

• 申請號: 202210291247.8
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114572970A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 劉忠范;陳恒;孫祿釗;朱安邦;馬子騰;李勤
• 申請（專利權）人: 北京石墨烯研究院;北京大學
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 闞梓瑄

本申請提供一種分區式石墨烯薄膜制備裝置，包括放料腔、收料腔和高溫腔。放料腔內部設置有放料輥。收料腔內部設置有收料輥。高溫腔設置在放料腔和收料腔之間，高溫腔的內部設置有載具，載具的上方設置有限域擋板，限域擋板與載具形成一狹縫，限域擋板鄰近放料腔，狹縫和載具均由放料腔向收料腔延伸，狹縫的延伸長度是載具的延伸長度的30％～60％，載具的下方設置有加熱器。通過以上設計，可實現襯底預處理區域和石墨烯薄膜的高溫生長區域分開，且預處理和高溫生長可以同時進行。

技術領域

本申請涉及石墨烯薄膜的制備裝置及制備方法，具體而言涉及一種分區式石墨烯薄膜的制備裝置及制備方法。

背景技術

石墨烯是一種二維納米碳材料，由單層碳原子以sp²雜化形式緊密堆積成蜂窩狀晶格結構，在電學、導熱性、力學、光學等方面有諸多優良性能，如高載流子遷移率、高熱導率、高透光性、高機械強度、高比表面積和獨特的篩分特性等，在柔性可穿戴器件、光電探測與傳感器件、高效率散熱器件、能源存儲等領域展現出了廣闊的應用前景。同時還具有一些獨特性質，如高性能傳感器功能、催化劑功能、吸氫功能、雙極半導體、無散射傳輸、應力傳感器功能等石墨烯在觸控屏中具有明顯的應用優勢。

目前，石墨烯的制備方法主要有機械剝離法、化學剝離法、SiC外延生長法、氧化還原法、化學氣相沉積法和快速焦耳熱法等。其中，化學氣相沉積法(CVD法)制備的石墨烯薄膜具有質量高、均勻性好、層數可控且可放大等優點，受到了學術界和工業界的廣泛關注，被認為是實現石墨烯產業化的最優方案。

產業化的石墨烯薄膜的批量制備主要采用靜態批次制備和卷對卷制備。現階段，高質量石墨烯薄膜的制備通常采用靜態批次制備的，但該方法存在升降溫所需時間長、產能有限等問題。與靜態批次制備不同的是，卷對卷制備無需降溫取樣，可以實現石墨烯的連續生長，產能更大。然而常規的卷對卷制備裝置中只有一個高溫工藝腔，襯底的退火預處理和石墨烯高溫生長在同一個區域同時進行，導致襯底在未經充分預處理的情況就生長了石墨烯薄膜，影響了石墨烯薄膜的質量。

因此，連續快速制備高質量石墨烯薄膜的方法一直沒有取得大的突破，極大地限制了高品質石墨烯薄膜的制備效率和產量、阻礙了石墨烯薄膜產業的快速發展。

發明內容

本申請的一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種能夠連續快速制備高質量石墨烯薄膜的分區式石墨烯薄膜制備裝置及制備方法。

為實現上述目的，本申請采用如下技術方案：

根據本申請的一個方面，提供了一種分區式石墨烯薄膜制備裝置，包括放料腔、收料腔和高溫腔。所述放料腔內部設置有放料輥，所述收料腔內部設置有收料輥。所述高溫腔設置在所述放料腔和所述收料腔之間，所述高溫腔的內部設置有載具。所述載具的上方設置有限域擋板，所述限域擋板與所述載具形成一狹縫。所述限域擋板鄰近所述放料腔，所述狹縫和所述載具均由所述放料腔向所述收料腔延伸，所述狹縫的延伸長度是所述載具的延伸長度的30％～60％。所述載具的下方設置有加熱器。

根據本申請的一實施方式，所述載具和所述限域擋板均采用耐高溫剛性材料制成。

根據本申請的一實施方式，所述載具和所述限域擋板均呈長條形形狀。

根據本申請的一實施方式，所述狹縫的高度為30μm-1cm。

根據本申請的一實施方式，所述加熱器包括順序設置的第一加熱器、第二加熱器、第三加熱器和第四加熱器，所述第一加熱器、所述第二加熱器和所述第三加熱器用于加熱所述載具上設置有限域擋板的區域，所述第四加熱器用于加熱所述載具上未設置限域擋板的區域。

根據本申請的一實施方式，所述第一加熱器、所述第二加熱器和所述第三加熱器的加熱溫度呈遞增或者遞減的溫度梯度。