本申请提供一种分区式石墨烯薄膜制备装置，包括放料腔、收料腔和高温腔。放料腔内部设置有放料辊。收料腔内部设置有收料辊。高温腔设置在放料腔和收料腔之间，高温腔的内部设置有载具，载具的上方设置有限域挡板，限域挡板与载具形成一狭缝，限域挡板邻近放料腔，狭缝和载具均由放料腔向收料腔延伸，狭缝的延伸长度是载具的延伸长度的30％～60％，载具的下方设置有加热器。通过以上设计，可实现衬底预处理区域和石墨烯薄膜的高温生长区域分开，且预处理和高温生长可以同时进行。处理和高温生长可以同时进行。处理和高温生长可以同时进行。
【技术实现步骤摘要】
分区式石墨烯薄膜制备装置及制备方法
[0001]本申请涉及石墨烯薄膜的制备装置及制备方法，具体而言涉及一种分区式石墨烯薄膜的制备装置及制备方法。
技术介绍
[0002]石墨烯是一种二维纳米碳材料，由单层碳原子以sp2杂化形式紧密堆积成蜂窝状晶格结构，在电学、导热性、力学、光学等方面有诸多优良性能，如高载流子迁移率、高热导率、高透光性、高机械强度、高比表面积和独特的筛分特性等，在柔性可穿戴器件、光电探测与传感器件、高效率散热器件、能源存储等领域展现出了广阔的应用前景。同时还具有一些独特性质，如高性能传感器功能、催化剂功能、吸氢功能、双极半导体、无散射传输、应力传感器功能等石墨烯在触控屏中具有明显的应用优势。
[0003]目前，石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学剥离法、SiC外延生长法、氧化还原法、化学气相沉积法和快速焦耳热法等。其中，化学气相沉积法(CVD法)制备的石墨烯薄膜具有质量高、均匀性好、层数可控且可放大等优点，受到了学术界和工业界的广泛关注，被认为是实现石墨烯产业化的最优方案。
[0004]产业化的石墨烯薄膜的批量制备主要采用静态批次制备和卷对卷制备。现阶段，高质量石墨烯薄膜的制备通常采用静态批次制备的，但该方法存在升降温所需时间长、产能有限等问题。与静态批次制备不同的是，卷对卷制备无需降温取样，可以实现石墨烯的连续生长，产能更大。然而常规的卷对卷制备装置中只有一个高温工艺腔，衬底的退火预处理和石墨烯高温生长在同一个区域同时进行，导致衬底在未经充分预处理的情况就生长了石墨烯薄膜，影响了石墨烯薄膜的质量。
[0005]因此，连续快速制备高质量石墨烯薄膜的方法一直没有取得大的突破，极大地限制了高品质石墨烯薄膜的制备效率和产量、阻碍了石墨烯薄膜产业的快速发展。
技术实现思路
[0006]本申请的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够连续快速制备高质量石墨烯薄膜的分区式石墨烯薄膜制备装置及制备方法。
[0007]为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
[0008]根据本申请的一个方面，提供了一种分区式石墨烯薄膜制备装置，包括放料腔、收料腔和高温腔。所述放料腔内部设置有放料辊，所述收料腔内部设置有收料辊。所述高温腔设置在所述放料腔和所述收料腔之间，所述高温腔的内部设置有载具。所述载具的上方设置有限域挡板，所述限域挡板与所述载具形成一狭缝。所述限域挡板邻近所述放料腔，所述狭缝和所述载具均由所述放料腔向所述收料腔延伸，所述狭缝的延伸长度是所述载具的延伸长度的30％～60％。所述载具的下方设置有加热器。
[0009]根据本申请的一实施方式，所述载具和所述限域挡板均采用耐高温刚性材料制成。
[0010]根据本申请的一实施方式，所述载具和所述限域挡板均呈长条形形状。
[0011]根据本申请的一实施方式，所述狭缝的高度为30μm
‑
1cm。
[0012]根据本申请的一实施方式，所述加热器包括顺序设置的第一加热器、第二加热器、第三加热器和第四加热器，所述第一加热器、所述第二加热器和所述第三加热器用于加热所述载具上设置有限域挡板的区域，所述第四加热器用于加热所述载具上未设置限域挡板的区域。
[0013]根据本申请的一实施方式，所述第一加热器、所述第二加热器和所述第三加热器的加热温度呈递增或者递减的温度梯度。
[0014]根据本申请的一实施方式，所述高温腔与所述放料腔之间还设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口用于通入衬底预处理气体，所述第二进气口用于通入制备石墨烯薄膜所需的碳源气体。
[0015]根据本申请的一实施方式，所述第一进气口设置在所述狭缝的入口处，所述第二进气口设置在所述限域挡板上方腔室的入口处。
[0016]根据本申请的一实施方式，所述第二进气口的进气路径上还设置有匀流装置。
[0017]根据本申请的一实施方式，所述匀流装置包括单片或者多片的匀流隔热板，所述隔热板上设置有中心通孔和边缘区域的透气孔。
[0018]根据本申请的一实施方式，所述高温腔的两端设置有反射屏，所述反射屏用于减小高温辐射对所述放料腔和所述收料腔的影响。
[0019]根据本申请的另一方面，提供一种石墨烯薄膜制备方法，采用上述的分区式石墨烯薄膜制备装置，具体步骤如下：
[0020]步骤1：将衬底设置在所述放料辊上，将所述限域挡板和所述载具设置在所述高温腔内；
[0021]步骤2；将所述衬底穿过所述狭缝和所述高温腔，与所述收料辊连接；
[0022]步骤3：抽真空，开启加热，待加热温度达到所需的温度时，先在所述狭缝处通入衬底预处理气体，当预处理后的所述衬底通过所述限域挡板后，通入碳源气氛；
[0023]步骤4：制备石墨烯薄膜，在制备过程中所述收料腔内的收料辊收集所述衬底和沉积在所述衬底上的所述石墨烯薄膜。
[0024]由上述技术方案可知，本申请提出的分区式石墨烯薄膜制备装置及制备方法的优点和积极效果在于：
[0025]本申请提出的分区式石墨烯薄膜制备装置，包括放料腔、收料腔和高温腔。放料腔用于放置制备石墨烯薄膜所需的衬底，收料腔用于卷收表面生长制备好石墨烯薄膜的衬底，高温腔用于对衬底进行表面预处理，并在处理后的衬底表面生长出石墨烯薄膜。放料腔内部设置有放料辊，收料腔内部设置有收料辊。放料辊和放料辊的设置使得生长石墨烯薄膜采用卷对卷的方式，能够实现石墨烯薄膜的连续生产，提高生产效率降低成本。高温腔设置在放料腔和收料腔之间，高温腔主要用于将放料腔所释放的衬底进行预处理，后续在预处理后的衬底上沉积生长石墨烯薄膜，制备好后由收料腔卷收石墨烯薄膜，因此高温腔需要设置在放料腔和收料腔之间，才能完成石墨烯薄膜的制备。高温腔的内部设置有载具，由于衬底贯穿整个高温腔，而且衬底通常比较薄，由于自身重力原因容易发生形变，因此设置载具承载衬底，并且为后续的将预处理和沉积生长的区域分离提供基本的条件。载具的上
方设置有限域挡板，限域挡板能够将载具分成设置有限域挡板的区域和没有设置限域挡板的区域，而设置有限域挡板的区域用于对衬底的预处理，没有设置限域挡板的区域用于石墨烯薄膜的沉积生长，从而实现将预处理和沉积生长的区域分离。限域挡板与载具形成一狭缝，狭缝主要用于将衬底预处理所需的气体限制在限域挡板所形成的区域中，由于高温腔中同时存在预处理区域和沉积生长石墨烯薄膜的区域，两种区域位置连续并且没有物理上的完全隔离，且两种工艺均需要气体参与，因此需要将预处理气体尽量限制在狭缝中，避免对后续沉积生长过程的影响。限域挡板邻近放料腔，能够实现从放料腔延伸到高温腔的衬底首先进行预处理。狭缝和载具均由放料腔向收料腔延伸，狭缝的延伸长度是载具的延伸长度的30％～60％。能够实现衬底在狭缝中进行表面预处理，之后在不存在狭缝的载具表面上进行石墨烯沉积生长，从而实现衬底预处理和石墨烯生长区域分离，并且还能够实现衬底预处理和石墨烯沉积生长可以同时进行。载具的下方设置有加热器。加热器主要用于使得高温腔本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分区式石墨烯薄膜制备装置，其特征在于：包括：放料腔，所述放料腔内部设置有放料辊；收料腔，所述收料腔内部设置有收料辊；高温腔，所述高温腔设置在所述放料腔和所述收料腔之间，所述高温腔的内部设置有载具，所述载具的上方设置有限域挡板，所述限域挡板与所述载具形成一狭缝，所述限域挡板邻近所述放料腔，所述狭缝和所述载具均由所述放料腔向所述收料腔延伸，所述狭缝的延伸长度是所述载具的延伸长度的30％～60％，所述载具的下方设置有加热器。2.如权利要求1所述的分区式石墨烯薄膜制备装置，其特征在于：所述载具和所述限域挡板均采用耐高温刚性材料制成。3.如权利要求1所述的分区式石墨烯薄膜制备装置，其特征在于：所述载具和所述限域挡板均呈长条形形状。4.如权利要求1所述的分区式石墨烯薄膜制备装置，其特征在于：所述狭缝的高度为30μm
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1cm。5.如权利要求1所述的分区式石墨烯薄膜制备装置，其特征在于：所述加热器包括顺序设置的第一加热器、第二加热器、第三加热器和第四加热器，所述第一加热器、所述第二加热器和所述第三加热器用于加热所述载具上设置有限域挡板的区域，所述第四加热器用于加热所述载具上未设置限域挡板的区域。6.如权利要求5所述的分区式石墨烯薄膜制备装置，其特征在于：所述第一加热器、所述第二加热器和所述第三加热器的加热温度呈递减或者递增的温度梯度。7.如权利要求1所述的分区式石墨烯薄膜制备装置，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠范，陈恒，孙禄钊，朱安邦，马子腾，李勤，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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