一种快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102534766A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102534766A(43)申请公布日2012.07.04(21)申请号201210047668.2C23C16/46(2006.01)(22)申请日2012.02.28C23C16/54(2006.01)(71)申请人无锡第六元素高科技发展有限公司地址214000江苏省无锡市无锡惠山区政和大道381号江苏数字信息产业园慧谷创业园36幢(72)发明人李超王振中(74)专利代理机构北京中恒高博知识产权代理有限公司11249代理人夏晏平(51)Int.Cl.C30B25/00(2006.01)C30B29/02(2006.01)C23C16/26(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图11页(54)发明名称一种快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置及其应用(57)摘要本发明提供一种快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置，该装置包括热源、卷对卷和气瓶，所述卷对卷带动催化金属薄层移动，并穿过密闭石英箱；分装在气瓶中的保护气体、氢气和碳源通过管路进入密闭石英箱；密闭石英箱与真空泵连接，以保持气体的流动性和较低的气压；所述热源为激光器，激光器发射出的激光束透过密闭石英箱照射在催化金属薄层的表面对其进行逐行扫描加热。本发明解决了在传统管式炉中由于金属薄层整体受热造成高温下金属薄层受力变形甚至拉断的问题。将该装置应用于制备大尺寸石墨烯薄膜时，可实现大尺寸石墨烯薄膜均匀、快速、连续的生长，也可以对石墨烯薄膜生长区域进行更为精确的控制。CN10253476ACN102534766A权利要求书1/1页1.一种快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置，所述装置包括卷对卷、热源和气瓶，其特征在于：所述卷对卷带动催化金属薄层移动，并穿过密闭石英箱；分装在气瓶中的保护气体、氢气和碳源通过管路进入密闭石英箱；密闭石英箱与真空泵连接，以保持气体的流动性和较低的气压；所述热源为激光器，激光器发射出的激光束透过密闭石英箱照射在催化金属薄层的表面对其进行逐行扫描加热。2.根据权利要求1所述的快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置，其特征在于：所述激光器安装在与催化金属薄层运动方向垂直的轴上。3.根据权利要求1所述的快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置，其特征在于：所述激光器为液体激光器、气体激光器或固体激光器。4.根据权利要求1所述的快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置，其特征在于：所述装置安装有一个或多个激光器。5.权利要求1～4所述的装置在制备大尺寸石墨烯薄膜中的应用，其特征在于，具体步骤包括：（1）将保护气体、氢气和碳源分别通入密闭石英箱，同时开启卷对卷，带动催化金属薄层运行；（2）将激光束照射在催化金属薄层上，对其进行加热，使加热区附近的氢气与碳源反应，在催化金属薄层上生长出石墨烯薄膜。6.根据权利要求5所述的装置在制备大尺寸石墨烯薄膜中的应用，其特征在于：所述保护气体为氮气、氩气、氦气或氖气。7.根据权利要求5所述的装置在制备大尺寸石墨烯薄膜中的应用，其特征在于：所述碳源为含有1~7个碳原子的烷烃、烯烃或炔烃。8.根据权利要求5所述的装置在制备大尺寸石墨烯薄膜中的应用，其特征在于：所述催化金属薄层为镍、钴、铁、铂、金、铝、铬、铜、镁、锰、钼、钌、钽、钛、钨中的一种或任意两种或两种以上组成的合金。9.根据权利要求5所述的装置在制备大尺寸石墨烯薄膜中的应用，其特征在于：所述激光束的波长为200~10600nm。2CN102534766A说明书1/3页一种快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置及其应用技术领域[0001]本发明属于薄膜材料领域，具体涉及一种快速连续制备大尺寸石墨烯薄膜的装置及方法。背景技术[0002]自2004年由Novoselov和Gein第一次制备出单层石墨烯以来，延生了许许多多种制备石墨烯的方法。美国专利US2011004528201A1公开了一种在氮化硼上异质外延生长石墨烯的方法。该方法是先用原子沉积法在金属衬底上生长出氮化硼薄膜，然后再在长出的氮化硼薄膜上通碳源，通过化学气相沉积法生长石墨烯，形成石墨烯/氮化硼异质薄膜。这种方法要求有很高的反应温度，由于自由的碳原子在氮化硼衬底上易于聚集形成无定形碳颗粒，因此该方法难以在面内扩散形成大面积的均相石墨烯薄层。[0003]化学气相沉积法（CVD法）被认为是目前最有希望制备大面积、高品质的石墨烯薄膜的方法，其中利用卷对卷（roll-to-roll）带动催化金属薄层[Appl.Phys.Lett.2011,98,133106]来代替单个金属片的方法更是为大规模制备大尺寸的石墨烯薄膜提供了可能性。然而，在上述卷对卷的方法中，对于金属的加热器为管式炉(tubefurnace)是整体大范围