一种连续制备二维纳米薄膜的设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种连续制备二维纳米薄膜的设备，包括进料腔室、样品制备腔室、出料腔室等；各腔室之间设有阀门，样品通过滚轮或传送带等样品传送装置实现在各腔室之间传输；各腔室分别连接独立的抽真空装置和气体管道；样品制备腔室设有物理气相沉积系统如溅射靶薄膜沉积系统、热蒸镀系统、电子枪沉积系统、离子注入沉积系统或化学气相沉积系统等；进料腔室可设有加热装置或等离子体等表面处理的系统，出料腔室可设有加热装置等；整台设备设有自动化控制系统以控制腔室之间的阀门的开关，样品的传输，真空系统的运转，气体流量的控制等。利用本设备，可以采用不同的技术方法制备二维纳米薄膜包括石墨烯、过镀金属硫化物、硅烯、锗烯或氮化硼等。本设备结构简单、工作可靠，可大面积地连续制备均匀的石墨烯、过镀金属硫化物、硅烯、锗烯或氮化硼等二维纳米薄膜，适合于二维纳米薄膜的产业化制备。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种二维纳米薄膜制备的设备,特别涉及一种连续制备二维纳米薄膜的设备。
技术介绍
石墨烯具有卓越的二维电学、光学、热学、力学性能以及化学稳定性，石墨烯在超快光电子器件、洁净能源、传感器等方面具有广泛的应用前景。电子在石墨烯中传输速度是硅的150倍，IBM等著名公司已经制备速度可达太赫兹的超快速光电子器件，美国加州大学利用石墨烯研制成光学调制解调器，有望将网速提高I万倍；全球每年半导体晶硅的需求量在2500吨左右，石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成电路如射频电路，市场容量至少在5000亿元以上。因为石墨烯只有2. 3%的光吸收，这使石墨烯可用于制备光电子器件如显示器件、太阳能电池、触摸面板等的柔性透明电极，从而取代成本昂贵、资源稀少、不 可自由折叠的由铟为主要成分的ITO透明导电膜。据报道，2011年全球ITO透明导电膜的需求量在8500万-9500万片，这样，石墨烯替代ITO透明导电膜的发展空间巨大。由于石墨烯独特的电子传输特性，作为传感器，它具有单分子的敏感性；如果基于石墨烯的基因电子测序技术能够实现，人类全基因谱图测定的测序成本将由目前的约10万美元/人而大大降低到约1000美元/人，从而有助于生物医学的创新，有助于实现个性化的医疗保健。经过近几年的快速发展，石墨烯产品已经出现在触摸屏应用上。因此，石墨烯良好的商业价值和广阔的市场已经展现曙光，石墨烯材料的产业化将是对材料、信息、能源工业的一次革命性变革！除了石墨烯外，类石墨烯的新型二维纳米薄膜也具有其独特的光电子性能，具有广泛的应用前景。类石墨烯的新型二维纳米薄膜包括层状的过镀金属硫化物(transitionmetal dichalcogenides)、娃烯(silicene)、错烯(germanene)、氮化硼(boron nitride)坐寸ο化学气相沉积法(CVD)以及碳偏析(surface segregation)法是目前大面积制备石墨烯薄膜的技术方法，采用这两种方法制备石墨烯薄膜的设备基本上都是石英管式炉。但是石英管式炉仅具备在已有金属催化层上合成石墨烯薄膜的单一功能，不能实现对衬底材料的表面处理、在衬底上制备合成石墨烯所需的催化层、石墨烯薄膜合成的连续过程。并且，采用石英管式炉合成的石墨烯薄膜存在结构缺陷，导致电子传输性能较差，石英管式炉已经严重制约了二维纳米薄膜如石墨烯薄膜的应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种能够大面积连续制备新型二维纳米薄膜的设备，该设备具有结构简单、操作简单、安全性好等特点，采用该设备制备二维纳米薄膜的工艺简单、成本较低、制备出的薄膜具有优良的结构和性能。一种连续制备二维纳米薄膜的设备，包括进料腔室、样品制备腔室和出料腔室。所述的进料腔室、样品制备腔室和出料腔室均设有样品传送装置，样品通过样品传送装置可以从进料腔室传传输到样品制备腔室，从样品制备腔室传传输到出料腔室，以便实现二维纳米薄膜的连续制备；所述的样品传送装置包括滚轮、皮带轮和传送带中的任意一种或二种以上的组合。所述的进料腔室设有与大气相通的阀门，进料腔室与样品制备腔室之间设有阀门，样品制备腔室与出料腔室之间设有阀门，出料腔室设有与大气相通的阀门。所述的进料腔室、样品制备腔室和出料腔室中至少有一个腔室设有加热装置；力口热装置可以是电阻丝加热装置、红外加热装置、激光加热装置等。所述的进料腔室、样品制备腔室和出料腔室分别设有独立的抽真空装置，每一抽真空装置包括各种真空泵、真空管道、真空阀门、真空计等，通过抽真空装置可以使各腔室的真空度保持在常压至10, Pa之间。所述的进料腔室、样品制备腔室和出料腔室中的至少一个腔室设有一个或多个气体连接口，气体连接口可以是一种气体的连接口，气体连接口也可以与混气盒连接；混气盒的入口至少并联有两个或以上的气路，可使两种或以上的气体同时进入混气盒；每一个气路都设有质量流量计和电磁截止阀等，从而可以独立精确控制气体的流量；通入的气体可以选自惰性气体如氩气或氮气，还原性气体如氢气，氧化性气体如氧气，合成二维纳米薄膜所需的气态的前驱体如CH4, C2H4, C2H2, NH3, B3N3H6或乙醇的蒸汽等。所述的进料腔室、样品制备腔室和出料腔室中的至少一个腔室设有化学气相沉积系统，包括等离子体增强化学气相沉积系统和微波等离子化学气相沉积系统等；进料腔室、样品制备腔室或出料腔室中的任何一个腔室均可以与加热装置和气体连接口构成化学气相沉积系统。所述的进料腔室、样品制备腔室和出料腔室中的至少一个腔室设有物理气相沉积系统，所述的物理气相沉积系统为溅射靶薄膜沉积系统、电子枪沉积系统、离子枪沉积系统、离子注入沉积系统和热蒸镀系统中的任意一种或二种以上的组合。进料腔室、样品制备腔室或出料腔室中的任何一个腔室都可以既包括化学气相沉积系统，又包括物理气相沉积系统。所述的进料腔室、样品制备腔室或出料腔室中的至少一个腔室的温度控制在20 1600 0C ；作为优选，为了将热量集中在样品处，并减少向不需要热的地方传递，所述的进料腔室、样品制备腔室和出料腔室中的至少一个腔室的腔壁设有热屏蔽系统；作为优选，为了使设备安全稳定运转，所述的进料腔室、样品制备腔室和出料腔室中的至少一个腔室的腔壁设有冷却系统，冷却系统可以是双层水冷系统。作为优选，腔室内设有热屏蔽系统的腔室，同时此腔室的腔壁设有冷却系统。作为优选，本技术的连续制备二维纳米薄膜的设备还可以设有控制系统，所述的控制系统包括样品传输控制系统、气路控制系统、真空控制系统、阀门控制系统或温度控制系统中的任意一种或二种以上的组合。本技术的设备可用于生长包括石墨烯、过镀金属硫化物、硅烯、锗烯或氮化硼等二维纳米薄膜，依据所合成的二维纳米薄膜的不同，可以适当选择制备所需的固体、液体或气体等前驱体。作为优选，进料腔室作为表面处理腔室，样品制备腔室作为衬底、催化层和二维纳米薄膜的制备腔室，出料腔室作为降温腔室或二维纳米薄膜的再处理腔室；进料腔室设有等离子表面处理器，样品制备腔室设有薄膜沉积系统。连续制备二维纳米薄膜的基本过程包括将合成二维纳米薄膜所需的衬底材料或催化层放置在载料台架上，由样品传送装置经进料腔室传输到样品制备腔室，在样品制备腔室利用物理气相沉积或化学气相沉积方法制备二维纳米薄膜，然后将制备好的二维纳米薄膜由样品传送装置送到出料腔室。连续制备二维纳米薄膜的基本过程还包括将合成二维纳米薄膜所需的衬底或催化层放置在载料台架上由样品传送装置传输到进料腔室，在一定的气氛环境下，衬底材料或催化层先在进料腔室进行预处理，然后由样品传送装置将衬底或催化层传输到样品制备腔室；在样品制备腔室里利用物理气相沉积或化学气相沉积方法制备催化层、碳膜或者二维纳米薄膜；薄膜制备后可以由样品传送装置送到出料腔室进行热处理或进行表面优化处 理。本技术的设备具有连续制备二维纳米薄膜的特点，可以大面积、规模化制备如石墨烯、过镀金属硫化物、娃烯、锗烯或氮化硼等二维纳米薄膜，有助于实现二维纳米薄膜的规模化生产，促进二维纳米薄膜的应用。附图说明图I是本技术的连续制备二维纳米薄膜设备的整体结构示意图，其中，样品制备腔室设有加热装置；图2是本技术的连续制备二维纳米薄膜设备的整体结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续制备二维纳米薄膜的设备，包括进料腔室(4)，样品制备腔室(7)，出料腔室(12)，其特征在于：所述的进料腔室(4)、样品制备腔室(7)和出料腔室(12)均设有样品传送装置；所述的进料腔室(4)设有与大气相通的阀门(31)，进料腔室(4)与样品制备腔室(7)之间设有阀门(32)，样品制备腔室(7)与出料腔室(12)之间设有阀门(33)，出料腔室(12)设有与大气相通的阀门(34)；所述的进料腔室(4)、样品制备腔室(7)和出料腔室(12)中至少有一个腔室设有加热装置；所述的进料腔室(4)、样品制备腔室(7)和出料腔室(12)分别连接独立的抽真空装置；所述的进料腔室(4)、样品制备腔室(7)和出料腔室(12)中的至少一个腔室设有一个或多个气体连接口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明生，
申请(专利权)人：徐明生，
类型：实用新型
国别省市：