卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備的制造方法
【專利摘要】一種卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，包括置料真空腔室、加熱真空腔室、和加熱裝置，所述置料真空腔室設置有兩個，所述加熱真空腔室位于加熱裝置內，兩端伸出并與對應的置料真空腔室設置的連通口相連通，所述置料真空腔室內安裝有置料輥和輸送輔助裝置，所述輸送輔助裝置位于對應置料輥內側，并與連通口對齊，所述輸送輔助裝置為上下相對設置并且相互嚙合的兩個壓輥。卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備將位于一端的置料真空腔室的銅箔通過加熱真空腔室輸送到另一端的置料真空腔室中，期間通過加熱和反應氣體，在銅箔上生長石墨烯薄膜，無須射頻等離子體發生器，節能安全。輸送輔助裝置從兩端將銅箔固定，使其不會受到對應置料輥上銅箔粗細的影響，使加熱真空腔室內的銅箔始終保持水平，保證其與反應氣體充分接觸，提高石墨烯生產質量。
【專利說明】
卷對卷石墨燦薄膜連續生長設備
技術領域
[0001]本發明涉及一種石墨烯生產設備，具體地說，是一種卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備。
【背景技術】
[0002]石墨烯是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體，是目前自然界最薄、強度最高的一種新材料。而石墨烯薄膜生產方法是將含有構成薄膜元素的氣態反應劑或液態反應劑的蒸汽及反應所需其它氣體引入反應室，在襯底表面發生化學反應生長薄膜。
[0003]目前常用的石墨烯薄膜生產設備是將襯底材料放入其中，在沉底材料上生長出石墨烯薄膜后，將其取出，然后再放入新的沉底材料，進行下一次的石墨烯薄膜生長。這種生產方式工作效率低，需要多次取放，而且由于石墨烯薄膜生長需要的溫度較高，而取放時為了避免造成燙傷，需要先進行降溫，取放完成后再升溫反應，進一步延長了生產工作時間，而且反應升溫需要較大的能源消耗，增加了生產成本。
[0004]為了解決上述問題，在先專利《一種快速冷卻卷對卷等離子體增強CVD連續生長爐》(公告號:CN 104988471 A)提出了一種卷對卷連續生產石墨烯薄膜的設備，但仍然存在較多問題。設備需要射頻等離子體發生器，耗能大，安全系數低，銅箔在高溫下容易軟化，在爐內下垂，而且反應氣體無法均勻進氣，分布不均，隨著一側輥上銅箔越來越細，另一側輥上銅箔越來越粗，在爐內的銅箔越來越偏斜，影響銅箔與反應氣體的接觸，降低石墨稀生長質量，而且換輥時，仍然需要停機降溫，工藝間隔時間長，效率低，再次升溫耗能大。

【發明內容】

[0005]本發明針對上述現有卷對卷石墨烯生長設備的各種不足，提出了一種新的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備。
[0006]本發明的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，包括置料真空腔室、加熱真空腔室、和加熱裝置，所述置料真空腔室設置有兩個，所述加熱真空腔室位于加熱裝置內，兩端伸出并與對應的置料真空腔室設置的連通口相連通，所述置料真空腔室內安裝有置料輥和輸送輔助裝置，所述輸送輔助裝置位于對應置料輥內側，并與連通口對齊，所述輸送輔助裝置為上下相對設置并且相互嚙合的兩個壓輥，一個置料真空腔室連接有抽真空裝置。
[0007]優選的是，所述置料真空腔室中的置料輥和輸送輔助裝置之間安裝有輔助支撐板，所述輔助支撐板傾斜設置。
[0008]優選的是，所述置料真空腔室內側壁上安裝有隔熱裝置，所述隔熱裝置與連通口對齊。
[0009]優選的是，所述隔熱裝置為片狀且間隔設置的多個隔熱反射屏，所述隔熱反射屏設置有通過口，所述通過口與連通口對齊。
[0010]優選的是，所述置料真空腔室的連通口上設置有環形彌散腔，所述環形彌散腔位于置料真空腔室的殼體中，并與其同軸，所述環形彌散腔的內壁周向設置有多個通氣孔，夕卜壁設置有流通口。
[0011]優選的是，所述加熱真空腔室內安裝有支撐導軌，所述支撐導軌兩端分別于對應置料真空腔室的連通口平齊。
[0012]優選的是，所述支撐導軌放置在加熱真空腔室內壁設置的支承座上，所述支撐導軌兩側的邊緣與對應加熱真空腔室的內壁之間設有流通間隙，所述支承座設有流通通道，所述流通通道一端與對應的流通間隙相連，另一端位于支撐導軌下方。
[0013]優選的是，所述支撐導軌兩側相對設置有限位槽，位于支撐導軌端部的限位槽高度由外向內逐漸增大。
[0014]優選的是，所述抽真空裝置包括依次相連的冷凝器、閥門和真空栗，所述冷凝器與對應置料真空腔室相連。
[0015]優選的是，置料輥外壁設置有固定槽，所述固定槽內安裝有固定壓塊，所述固定壓塊一側與置料輥鉸接，另一側中安裝有鐵塊，所述固定槽槽底安裝有吸引鐵塊的磁鐵。
[0016]本發明的有益效果是:卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備將位于一端的置料真空腔室的銅箔通過加熱真空腔室輸送到另一端的置料真空腔室中，期間通過加熱和反應氣體，在銅箔上生長石墨烯薄膜，無須射頻等離子體發生器，節能安全。輸送輔助裝置從兩端將銅箔固定，使其不會受到對應置料輥上銅箔粗細的影響，使加熱真空腔室內的銅箔始終保持水平，保證其與反應氣體充分接觸，提高石墨烯生產質量。
[0017]置料輥與輸送輔助裝置之間再設置輔助支撐板，進一步對銅箔進行支撐，避免置料輥與輸送輔助裝置之間的銅箔發生下垂，保證通過能夠流暢進入與輸送輔助裝置的壓輥之間，避免銅箔發生褶皺。
[0018]安裝的隔熱裝置阻擋加熱真空腔室中的熱量進入置料真空腔室，避免置料真空腔室內高溫，使加熱真空腔室無須降溫的情況下，就能夠打開置料真空腔室，進行置料輥上銅箔的回收和更換，節省工藝間隔時間，提高效率。隔熱裝置為多層結構，隔熱效果較好。
[0019]置料真空腔室安裝環形彌散腔，工藝氣體僅在右側的環形彌散腔中先周向均勻分布，再在圓周各個位置噴入并進入加熱真空腔室中，使氣體的通入和排出較為均勻，能夠在加熱真空腔室中能夠迅速的均勻分布，加之左側抽真空裝置，使氣體與銅箔均勻接觸，保證石墨烯薄膜能夠迅速生長。工藝結束時兩側的環形彌散腔也使大量保護氣體周向噴入，形成風幕，還能夠使加熱真空腔室中形成微正壓，減小加熱真空腔室熱量散失，保護操作者進行置料輥上銅箔的更換，防止空氣進入加熱真空腔室中造成氧化。
[0020]加熱真空腔室中安裝支撐導軌，避免加熱真空腔室中銅箔受熱軟化而下垂，使其保持水平，均勻地與工藝氣體接觸，保證石墨烯生長質量。支撐導軌的設置使加熱真空腔室分成上下兩部分，兩部分通過流通通道和流通間隙相連，能夠保證氣體流通，保證工藝氣體均勻分布，同時也使熱量流動均勻，保證腔室內溫度均一。支撐導軌兩側設置限位槽，容納和限制銅箔兩側邊緣，能夠進一步減輕銅箔的振動，而且位于支撐導軌端部的限位槽高度較小，限位效果好，而限位槽高度由外向內逐漸增大，使限位槽內的銅箔上方空間逐漸增大，保證限位槽內的銅箔也能夠充分與反應氣體接觸，保證銅箔上表面能夠完全進行石墨烯生長，保證生長質量，提高石墨烯的面積。
[0021]抽真空裝置設置冷凝器，避免高溫氣體損壞閥門和真空栗。置料輥設置固定槽，通過壓塊可將銅箔壓在固定槽中，可將銅箔快速纏繞和收集，拆裝容易，操作速度快，可在固定時對銅箔位置角度進行調整，保證纏繞收集后能夠卷成筒狀，避免產生褶皺損壞銅箔。
【附圖說明】
[0022]附圖1為卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備的結構示意圖一；
[0023]附圖2為卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備的結構示意圖二；
[0024]附圖3為環形彌散腔結構示意圖。
[0025]附圖4為加熱真空腔室示意圖。
[0026]附圖5為置料輥示意圖。
[0027]圖中，I一置料真空腔室，2—加熱真空腔室，3—加熱裝置，4一抽真空裝置，1-1一置料棍，1~2一輸送輔助裝置，1-3—輔助支撐板，1-4一隔熱裝置，1-5一通過口，2-1一連通口，2-2—環形彌散腔，2-3—通氣孔，2-4—流通口，2-5—支撐導軌，2-6—支承座，2-7—流通間隙，2-8—流通通道，2-9—限位槽，4-1 一冷凝器，4-2—閥門，4_3—真空栗。
【具體實施方式】
[0028]為了能進一步了解本發明的結構、特征及其它目的，現結合所附較佳實施例詳細說明如下，所說明的較佳實施例僅用于說明本發明的技術方案，并非限定本發明。
[0029]本發明的【具體實施方式】如下:
[0030]如圖1-5所示，該卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備包括置料真空腔室1、加熱真空腔室2、和加熱裝置3。
[0031]置料真空腔室I設置有兩個，位于加熱真空腔室2兩端。
[0032]加熱真空腔室2位于加熱裝置3內，兩端伸出并與對應的置料真空腔室I設置的連通口 2-1相連通。
[0033]置料真空腔室I內安裝有置料輥1-1和輸送輔助裝置1-2，輸送輔助裝置1-2位于對應置料輥1-1內側，并與連通口 2-1對齊。
[0034]輸送輔助裝置1-2為上下相對設置并且相互嚙合的兩個壓輥，一個置料真空腔室I連接有抽真空裝置4。
[0035]兩個置料真空腔室I分別為送料真空腔室和收料真空腔室，連接抽真空裝置4的為收料真空腔室。
[0036]置料輥1-1由電機5驅動，置料真空腔室I上設置磁流體密封裝置6，磁流體密封裝置6對傳動進行密封。置料輥1-1另一端對應的置料真空腔室I側壁設置開合門7，打開開合門7，即可對置料輥1-1上的銅箔進行取出和安裝。
[0037]將新的一卷銅箔安裝到送料真空腔室中的置料輥1-1上，將銅箔的一頭從輥上抽出，送入一側輸送輔助裝置1-2的壓輥之間，然后通過連通口 2-1拉入到加熱真空腔室2中，從另一個連通口2-1進入到收料真空腔室中，最后通過收料真空腔室中輸送輔助裝置1-2的壓輥之間，纏繞到收料真空腔室內的置料輥1-1上。
[0038]啟動抽真空裝置4，將設備內空氣排空。啟動加熱裝置3，對加熱真空腔室2進行加熱，然后從遠離抽真空裝置4的一側向加熱真空腔室2中送入工藝氣體，并驅動收料真空腔室及送料真空腔室內的置料輥1-1，使其牽引銅箔，逐漸將銅箔從送料真空腔室中的置料輥
1-1上轉移到收料真空腔室內的置料輥1-1上。銅箔在加熱真空腔室2內移動的過程中，石墨烯薄膜在銅箔上生長。
[0039]位于兩個輸送輔助裝置1-2之間的銅箔始終保持水平，置料輥1-1上銅箔的增加和減少，不會對其造成影響。
[0040]為了進一步支撐銅箔，置料真空腔室I中的置料輥1-1和輸送輔助裝置1-2之間安裝有輔助支撐板1-3，輔助支撐板1-3傾斜設置，外端上翹，內端對準輸送輔助裝置1-2的兩個壓輥之間。
[0041]送料真空腔室中，剛離開置料輥1-1的銅箔，落到輔助支撐板1-3上表面，然后進入到輸送輔助裝置1-2的壓輥之間；同樣在收料真空腔室中，輸送輔助裝置1-2的壓輥之間的銅箔先移動到輔助支撐板1-3上表面，然后卷曲收集到置料輥1-1上。輔助支撐板1-3支撐銅箔，避免其下垂，進而防止銅箔行進過程中發生褶皺。
[0042]為了便于進行銅箔的更換，置料真空腔室I內側壁上安裝有隔熱裝置1-4，隔熱裝置1-4與連通口 2-1對齊。隔熱裝置1-4為片狀且間隔設置的多個隔熱反射屏，隔熱反射屏設置有通過口 1-5，通過口 1-5與連通口 2-1對齊。通過口 1-5和連通口 2-1形成一個通道，使銅箔能夠順利通過。
[0043]隔熱裝置1-4通過各個隔熱反射屏，阻擋加熱真空腔室2中的熱量進入到置料真空腔室I中，避免置料真空腔室I中溫度過高，打開置料真空腔室I的艙門，即可將收料真空腔室中收集滿的一卷銅箔取出，也可將新的一卷銅箔放置到送料真空腔室的置料輥1-1上，無須對加熱真空腔室2進行降溫，置料真空腔室I內溫度不會使操作人員燙傷。
[0044]為了使進入的氣體分布均勻，置料真空腔室I的連通口2-1上設置有環形彌散腔2-2，環形彌散腔2-2位于置料真空腔室I的殼體中，并與其同軸，環形彌散腔2-2的內壁周向設置有多個通氣孔2-3，外壁設置有流通口 2-4，加熱真空腔室2端部與對應環形彌散腔2-2相連。
[0045]進行石墨烯薄膜生長時，抽真空后，將工藝氣體通過流通口 2-4送入送料真空腔室一端的環形彌散腔2-2中，收料真空腔室上環形彌散腔2-2的流通口 2-4密封。工藝氣體在環形彌散腔2-2內周向分布后，通過各個通氣孔2-3進入到加熱真空腔室2中，并與剛進入的銅箔接觸，在高溫的作用下，銅箔表面生長出石墨烯薄膜。
[0046]當送料真空腔室中置料輥1-1上的銅箔全部用完后，將保護氣體通過對應流通口
2-4通入兩端的環形彌散腔2-2中，保護氣體在環形彌散腔2-2內周向分布后，通過各個通氣孔2-3進入到加熱真空腔室2中，在加熱真空腔室2兩端形成風幕，同時形成正壓，阻擋空氣進入到加熱真空腔室2內，還能夠阻擋熱量向外輻射。此時可打開開合門7，將送料真空腔室的置料輥1-1上裝上新的一卷銅箔，將收料真空腔室置料輥1-1上已經長滿石墨烯薄膜的銅箔取出，外界的空氣不會對內部造成影響。
[0047]為了保證銅箔在加熱真空腔室2內平穩運行，加熱真空腔室2內安裝有支撐導軌2-5，支撐導軌2-5兩端分別于對應置料真空腔室I的連通口 2-1平齊，可直接穿過連通口 2-1進入到置料真空腔室I中。為了保證氣體流通、熱量均勻，支撐導軌2-5放置在加熱真空腔室2內壁設置的支承座2-6上，支撐導軌2-5兩側的邊緣與對應加熱真空腔室2的內壁之間設有流通間隙2-7，支承座2-6設有流通通道2-8，流通通道2-8—端與對應的流通間隙2-7相連，另一端位于支撐導軌2-5下方。支撐導軌2-5的設置將加熱真空腔室2分成上下兩個部分，上下兩個部分能夠通過流通間隙2-7和流通通道2-8相互連通，使氣體、熱量能夠自由流通，保證整個加熱真空腔室2內溫度均一、氣體均勻。
[0048]為了提高支撐導軌2-5的限位作用，支撐導軌2-5兩側相對設置有限位槽2-9，銅箔兩側邊緣位于限位槽2-9中。為了在保證限位效果的同時不影響石墨烯薄膜的生長，位于支撐導軌2-5端部的限位槽2-9高度由外向內逐漸增大。限位槽2-9高度最小的末端在支撐導軌2-5兩端進一步支撐襯底材料，支撐導軌2-5中部的限位槽2-9高度較大，使襯底材料兩側邊緣上方具有較大的空間，反應氣體能夠順利流入到限位槽2-9中，與銅箔上表面接觸，使銅箔整個高度方向都能夠充分與反應氣體接觸，提高生長的石墨烯薄膜的面積，增加生產效率。
[0049]抽真空裝置4包括依次相連的冷凝器4-1、閥門4-2和真空栗4-3，冷凝器4-1與對應置料真空腔室I相連。抽真空時，設備內的氣體先通過冷凝器4-1冷凝降溫，避免氣體溫度過高，直接進入閥門4-2和真空栗4-3，造成損傷，保證設備使用壽命。
[0050]為了加快銅箔的安裝，置料輥1-1外壁設置有固定槽1-6，固定槽1-6內安裝有固定壓塊1-7，固定壓塊1-7—側與置料輥1-1鉸接，另一側中安裝有鐵塊1-8，固定槽1-6槽底安裝有吸引鐵塊1-8的磁鐵1-9。直接拉開固定壓塊1-7，將銅箔的端部直接裝入到固定槽1-6，然后將固定壓塊1-7放回到固定槽1-6，通過鐵塊1-8與磁鐵1-9之間的磁力，使固定壓塊1-7將銅箔壓持固定在固定槽1-6中，讓銅箔能夠快速安裝到置料輥1-1上。
【主權項】
1.一種卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，包括置料真空腔室(I)、加熱真空腔室(2)、和加熱裝置(3)， 所述置料真空腔室(I)設置有兩個， 所述加熱真空腔室(2)位于加熱裝置(3)內，兩端伸出并與對應的置料真空腔室(I)設置的連通口(2-1)相連通， 所述置料真空腔室(I)內安裝有置料輥(1-1)和輸送輔助裝置(1-2)，所述輸送輔助裝置(1-2)位于對應置料輥(1-1)內側，并與連通口( 2-1)對齊， 所述輸送輔助裝置(1-2)為上下相對設置并且相互嚙合的兩個壓輥， 一個置料真空腔室(I)連接有抽真空裝置(4)。2.根據權利要求1所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，所述置料真空腔室(I)中的置料輥(1-1)和輸送輔助裝置(1-2)之間安裝有輔助支撐板(1-3)，所述輔助支撐板(1-3)傾斜設置。3.根據權利要求1所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，所述置料真空腔室(I)內側壁上安裝有隔熱裝置(1-4)，所述隔熱裝置(1-4)與連通口(2-1)對齊。4.根據權利要求3所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，所述隔熱裝置(1-4)為片狀且間隔設置的多個隔熱反射屏，所述隔熱反射屏設置有通過口(1-5)，所述通過口(1-5)與連通口(2-1)對齊。5.根據權利要求1所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，所述置料真空腔室(I)的連通口(2-1)上設置有環形彌散腔(2-2)，所述環形彌散腔(2-2)位于置料真空腔室(I)的殼體中，并與其同軸，所述環形彌散腔(2-2)的內壁周向設置有多個通氣孔(2-3)，外壁設置有流通口(2-4)。6.根據權利要求1所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，所述加熱真空腔室(2)內安裝有支撐導軌(2-5)，所述支撐導軌(2-5)兩端分別于對應置料真空腔室(I)的連通口(2-1)平齊。7.根據權利要求6所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，所述支撐導軌(2-5)放置在加熱真空腔室(2)內壁設置的支承座(2-6)上，所述支撐導軌(2-5)兩側的邊緣與對應加熱真空腔室(2)的內壁之間設有流通間隙(2-7)，所述支承座(2-6)設有流通通道(2-8)，所述流通通道(2-8) —端與對應的流通間隙(2-7)相連，另一端位于支撐導軌(2-5)下方。8.根據權利要求6所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，所述支撐導軌(2-5)兩側相對設置有限位槽(2-9)，位于支撐導軌(2-5)端部的限位槽(2-9)高度由外向內逐漸增大。9.根據權利要求1所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，所述抽真空裝置(4)包括依次相連的冷凝器(4-1)、閥門(4-2)和真空栗(4-3)，所述冷凝器(4-1)與對應置料真空腔室(I)相連。10.根據權利要求1所述的卷對卷石墨烯薄膜連續生長設備，其特征在于，置料輥(1-1)外壁設置有固定槽(1-6)，所述固定槽(1-6)內安裝有固定壓塊(1-7)，所述固定壓塊(1-7)一側與置料輥(1-1)鉸接，另一側中安裝有鐵塊(1-8)，所述固定槽(1-6)槽底安裝有吸引鐵塊(1-8)的磁鐵(1-9)。
【文檔編號】C23C16/26GK105908149SQ201610506736
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】張海林, 滕玉鵬
【申請人】青島賽瑞達電子科技有限公司