一種卷狀生長石墨烯的夾具以及卷狀生長石墨烯制備方法
【專利摘要】本發明涉及石墨烯制備裝置【技術領域】，尤其涉及一種卷狀生長石墨烯的夾具以及卷狀生長石墨烯制備方法，所述卷狀生長石墨烯的夾具包括中心固定桿和兩個由螺旋支撐壁間隔卷繞而成的螺旋支撐架，兩個所述螺旋支撐架分別套在所述中心固定桿的兩端，所述螺旋支撐架的內圈與所述中心固定桿的外表面鉚合。本發明的卷狀石墨烯生長的夾具結構裝樣簡單、靈活、輕便，易操作，通過螺旋支撐架將石墨烯生長基底支撐起來，實現了石墨烯生長基底卷繞生長，克服了石墨烯生長基底在高溫、真空條件下卷繞生長時互相粘合的技術瓶頸，通過該卷狀生長石墨烯的夾具和方法可在單批次制備石墨烯的過程中提高制備石墨烯薄膜的面積，從而節約設備和能源成本。
【專利說明】一種卷狀生長石墨烯的夾具以及卷狀生長石墨烯制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石墨烯制備裝置【技術領域】，尤其涉及一種卷狀生長石墨烯的夾具以及卷狀生長石墨烯制備方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是單個碳原子層厚的二維新材料，在力學、熱學、光學、電學等方面均具有十分優異的性質，如超高的機械強度、良好的導熱性、寬譜段高透明度和超強的導電性等。石墨烯獨特的物理性質決定了其廣闊的應用前景，引發了國際學術界和工業界的研宄熱潮。將其應用于柔性透明電極，則器件的透光率更強、導電性更好、功耗更低，有望取代目前市場主導的ITO透明電極，廣泛應用于柔性顯示及觸摸屏等光電設備。石墨烯用于制造光子傳感器和光電探測器，靈敏度可比同類探測器提高幾個數量級。石墨烯還可作為下一代納米電子集成器件的基本材料，使器件運行速度高達500GHZ，且能耗比現有器件顯著降低。此外，石墨烯還在醫療等其它方面也能發揮重要的作用。
[0003]經過近幾年的廣泛研宄，化學氣相沉積法(CVD)是制備石墨烯薄膜最有前景的方法之一。CVD法是在真空容器中將甲烷等碳源加熱至特定溫度使其分解，然后在N1、Cu等過渡金屬箔上形成石墨烯膜的技術。然而，快速、規模化制備大面積、高質量石墨烯的方法一直沒有取得突破，極大的限制了石墨烯制備的效率和產量，阻礙了其進一步的產業化發展。因為CVD制備尚質量的石墨稀通常需要在石墨稀生長襯底恪點(1000度左右)進行，金屬生長襯底在此高溫下彼此之間會發生粘合，這就限制了單次制備石墨烯的量。雖然韓國成均館大學可以一次制備對角線達15英寸的石墨烯薄膜，但其采用直徑為8英寸的管式爐，并將石墨烯生長襯底鋪滿整體爐管內壁獲得，其余生長空間并沒有被合理利用，不僅單生長批次制備的數量少，而且還造成資源浪費。近期，日本索尼采用電極加熱生長襯底的辦法實現了卷對卷生長石墨烯，但由于是局部加熱且溫度較低，制備出的石墨烯質量差，不能滿足應用需求。
[0004]將石墨烯生長襯底卷成一卷生長，既保證了石墨烯薄膜的質量，又可以在有限的生長空間里提高石墨烯薄膜的產量。雖然，已有人提出通過設計支架將石墨烯生長襯底卷繞起來生長(申請號:201110442121.8)，但夾具本身加工困難，加工成本高，而且夾具自身重量重，在真空、高溫(1000度左右)的環境下，極易導致生長腔室形變。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種卷狀生長石墨烯的夾具以及卷狀生長石墨烯制備方法，所采用的夾具結構簡單、輕便，操作方便，提高了卷狀的生長石墨烯的重量。
[0006]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種卷狀生長石墨烯的夾具，包括中心固定桿和兩個由螺旋支撐壁間隔卷繞而成的螺旋支撐架，兩個所述螺旋支撐架分別套在所述中心固定桿的兩端，所述螺旋支撐架的內圈與所述中心固定桿的外表面鉚合。
[0007]進一步，所述中心固定桿為實心桿或空心桿。
[0008]進一步，所述中心固定桿的材質為石英、陶瓷、碳纖維、表面鍍陶瓷金屬桿中的一種或多種組合。
[0009]進一步，所述螺旋支撐架的材質為為石英、陶瓷、碳纖維、表面鍍陶瓷金屬桿中的一種或多種組合。
[0010]進一步，所述螺旋支撐壁的厚度均相同或由內圈向外圈逐漸變薄。
[0011]進一步，所述螺旋支撐壁的厚度為0.1mm-lOOmm。
[0012]進一步，所述螺旋支撐壁的厚度為5mm-15mm。
[0013]一種卷狀生長石墨烯的制備方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一，將石墨烯生長襯底以所述螺旋支撐架的卷繞方向卷繞在所述中心固定桿夕卜、兩個所述螺旋支撐架之間，該卷狀石墨烯的夾具裝樣簡單、靈活。裝載石墨烯生長基底時，可以沿著按螺旋支撐壁的卷繞方向將石墨烯生長基底卷繞在所述中心固定桿外、兩個所述螺旋支撐架之間；也可以將螺旋支撐壁從中心固定桿取下，再將石墨烯生長基底以螺旋支撐壁卷繞周期卷繞在一起，然后將螺旋支撐臂分別從卷繞石墨烯生長基底的兩端插入，最后將中心固定桿從螺旋支撐臂的中心插入，并將螺旋支撐架的內圈與中心固定桿的外表面鉚合；
[0015]步驟二，將卷繞了石墨烯生長襯底的夾具放置于石墨烯生長裝置中，采用化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜；
[0016]步驟三，待石墨烯生長完后將夾具從石墨烯生長裝置中取出，然后分別取下螺旋支撐架和中心固定桿，即得卷狀生長石墨烯。
[0017]進一步，所述步驟一中的所述石墨烯生長襯底為材質為銅、鎳、鐵、鈷、鉑、釕中的一種或它們之間任意幾種組合組成的合金的箔材。
[0018]進一步，所述步驟一中的所述石墨烯生長的厚度為10-200微米。
[0019]本發明的有益效果是:本發明的卷狀石墨烯生長的夾具結構結構裝樣簡單、靈活、輕便，易操作。通過螺旋支撐架將石墨烯生長基底支撐起來，實現了石墨烯生長基底卷繞生長，克服了石墨烯生長基底在高溫、真空條件下卷繞生長時互相粘合的技術瓶頸。通過該卷狀生長石墨烯的夾具和方法可在單批次制備石墨烯的過程中提高制備石墨烯薄膜的面積，從而節約設備和能源成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明一種卷狀生長石墨烯的夾具的結構示意圖；
[0021]圖2為本發明一種卷狀生長石墨烯的夾具卷繞石墨烯生長襯底的示意圖；
[0022]圖3為本發明一種卷狀生長石墨烯的制備方法的流程圖；
[0023]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0024]1、螺旋支撐架，2、中心固定桿，3、石墨烯生長襯底。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0026]實施例一
[0027]如圖1所示，本實施例中的一種卷狀生長石墨烯的夾具，包括中心固定桿2和兩個由螺旋支撐壁間隔卷繞而成的螺旋支撐架1，兩個所述螺旋支撐架I分別套在所述中心固定桿2的兩端，所述螺旋支撐架I的內圈與所述中心固定桿2的外表面鉚合。中心固定桿2為空心桿，降低支撐架本身的重量。所述中心固定桿的材質為石英。螺旋支撐架I結構為非均勻結構，即螺旋支撐壁的厚度由內而外逐漸變薄。所述螺旋支撐壁最內圈的壁厚為50mm，最外圈的壁厚為5mm。
[0028]如圖3所示，一種卷狀生長石墨烯的使用方法，包括以下步驟:
[0029]步驟一，將45微米厚的銅箔石墨烯生長襯底3以所述螺旋支撐架I的卷繞方向卷繞在所述中心固定桿2外、兩個所述螺旋支撐架I之間，如圖2所示；
[0030]步驟二，將卷繞了銅箔石墨烯生長襯底3的夾具放置于石墨烯生長裝置中，采用化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜；
[0031]步驟三，待石墨烯生長完后將夾具從石墨烯生長裝置中取出，然后分別取下螺旋支撐架I和中心固定桿2，即得卷狀生長石墨烯。
[0032]實施例二
[0033]如圖1所示，本實施例中的一種卷狀生長石墨烯的夾具，包括中心固定桿2和兩個由螺旋支撐壁間隔卷繞而成的螺旋支撐架1，兩個所述螺旋支撐架I分別套在所述中心固定桿2的兩端，所述螺旋支撐架I的內圈與所述中心固定桿2的外表面鉚合。中心固定桿2可為實心桿，降低支撐架本身的重量。所述中心固定桿的材質為陶瓷。螺旋支撐架I結構為均勻結構，即螺旋支撐壁的厚度由內而外均勻分布。所述螺旋支撐壁的壁厚為100_。
[0034]如圖3所示，一種卷狀生長石墨烯的使用方法，包括以下步驟:
[0035]步驟一，將螺旋支撐壁I從中心固定桿2取下，再將40微米鎳箔石墨烯生長基底以螺旋支撐壁I卷繞周期卷繞在一起，然后將螺旋支撐臂I分別從卷繞石墨烯生長基底3的兩端插入，最后將中心固定桿2從螺旋支撐臂的中心插入，并將螺旋支撐架I的內圈與中心固定桿2的外表面鉚合，如圖2所示；
[0036]步驟二，將卷繞了鎳箔石墨烯生長襯底3的夾具放置于石墨烯生長裝置中，采用化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜；
[0037]步驟三，待石墨烯生長完后將夾具從石墨烯生長裝置中取出，然后分別取下螺旋支撐架I和中心固定桿2，即得卷狀生長石墨烯。
[0038]實施例三
[0039]如圖1所示，本實施例中的一種卷狀生長石墨烯的夾具，包括中心固定桿2和兩個由螺旋支撐壁間隔卷繞而成的螺旋支撐架1，兩個所述螺旋支撐架I分別套在所述中心固定桿2的兩端，所述螺旋支撐架I的內圈與所述中心固定桿2的外表面鉚合。中心固定桿2可為空心桿，降低支撐架本身的重量。所述中心固定桿的材質為碳纖維。螺旋支撐架I結構為均勻結構，即螺旋支撐壁的厚度由內而外均勻分布。所述螺旋支撐壁的壁厚為45_。
[0040]如圖3所示，一種卷狀生長石墨烯的使用方法，包括以下步驟:
[0041]步驟一，將螺旋支撐壁I從中心固定桿2取下，再將20微米鉑箔石墨烯生長基底以螺旋支撐壁I卷繞周期卷繞在一起，然后將螺旋支撐臂I分別從卷繞石墨烯生長基底3的兩端插入，最后將中心固定桿2從螺旋支撐臂的中心插入，并將螺旋支撐架I的內圈與中心固定桿2的外表面鉚合，如圖2所示；
[0042]步驟二，將卷繞了鎳箔石墨烯生長襯底3的夾具放置于石墨烯生長裝置中，采用化學氣相沉法制備石墨烯薄膜；
[0043]步驟三，待石墨烯生長完后將夾具從石墨烯生長裝置中取出，然后分別取下螺旋支撐架I和中心固定桿2，即得卷狀生長石墨烯。
[0044]本發明提供了可用于石墨烯生長襯底3卷狀生長的夾具，所述夾具主要由螺旋支撐架I和中心固定桿2兩部分組成。所述螺旋支撐架I為中心可插入中心固定桿2，外圍卷繞一周以上的結構，螺旋支撐結構內邊緣(即起始螺旋邊)具有與中心固定桿2鉚合的異性結構。所述中心固定桿2具有與螺旋支撐架I鉚合的互補異形結構，中心固定桿2用于保證不同的螺旋支撐架I結構起始卷繞點和終止卷繞點相同，防止由于螺旋支撐架I之間相互錯位而導致石墨烯生長襯底3變形。本發明的卷狀石墨烯生長的夾具結構結構裝樣簡單、靈活、輕便，易操作。通過螺旋支撐架I將石墨烯生長襯底3支撐起來，實現了石墨烯生長襯底3卷繞生長，克服了石墨烯生長襯底3在高溫、真空條件下卷繞生長時互相粘合的技術瓶頸。通過該卷狀生長石墨烯的夾具和方法可在單批次制備石墨烯的過程中提高制備石墨烯薄膜的面積，從而節約設備和能源成本。
[0045]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種卷狀生長石墨烯的夾具，其特征在于，包括中心固定桿(2)和兩個由螺旋支撐壁間隔卷繞而成的螺旋支撐架(I)，兩個所述螺旋支撐架(I)分別套在所述中心固定桿(2)的兩端，所述螺旋支撐架(I)的內圈與所述中心固定桿(2)的外表面鉚合。
2.根據權利要求1所述的一種卷狀生長石墨烯的夾具，其特征在于，所述中心固定桿(2)為實心桿或空心桿。
3.根據權利要求1或2所述的一種卷狀生長石墨烯的夾具，其特征在于，所述中心固定桿(2)的材質為石英、陶瓷、碳纖維、表面鍍陶瓷金屬中的一種或多種組合。
4.根據權利要求1或2所述的一種卷狀生長石墨烯的夾具，其特征在于，所述螺旋支撐架(I)的材質為為石英、陶瓷、碳纖維、表面鍍陶瓷金屬中的一種或多種組合。
5.根據權利要求1或2所述的一種卷狀生長石墨烯的夾具，其特征在于，所述螺旋支撐壁的厚度由內圈向外圈逐漸變薄。
6.根據權利要求1或2所述的一種卷狀生長石墨烯的夾具，其特征在于，所述螺旋支撐壁的厚度均相同。
7.根據權利要求1或2所述的一種卷狀生長石墨烯的夾具，其特征在于，所述螺旋支撐壁的厚度為0.1mm-1OOmm0
8.—種卷狀生長石墨烯的制備方法，其特征在于，該方法通過使用權利要求1-7任一項所述的夾具制備卷狀生長石墨烯，包括以下步驟: 步驟一，將石墨烯生長襯底(3)以所述螺旋支撐架(I)的卷繞方向卷繞在所述中心固定桿(2)外、兩個所述螺旋支撐架(I)之間； 步驟二，將卷繞了石墨烯生長襯底(3)的夾具放置于石墨烯生長裝置中，采用化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜； 步驟三，待石墨烯生長完后將夾具從石墨烯生長裝置中取出，然后分別取下螺旋支撐架(I)和中心固定桿(2)，即得卷狀生長石墨烯。
9.根據權利要求8所述的一種卷狀生長石墨烯的使用方法，其特征在于，所述步驟一中的所述石墨烯生長襯底(3)為材質為銅、鎳、鐵、鈷、鉑、釕中的一種或它們之間任意幾種組合組成的合金的箔材。
10.根據權利要求8或9所述的一種卷狀生長石墨烯的使用方法，其特征在于，所述步驟一中的所述石墨烯生長襯底(3)的厚度為10-200微米。
【文檔編號】C01B31/04GK104477898SQ201410767041
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】李占成, 張永娜, 高翾, 黃德萍, 朱鵬, 姜浩, 邵麗, 史浩飛 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術研究院, 重慶墨希科技有限公司