[发明专利]一种规模化制备石墨烯薄膜的夹具及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯生长制备技术领域，尤其涉及一种规模化制备石墨烯薄膜的夹具及制备方法。

背景技术

石墨烯是单个碳原子层厚的二维新材料，在力学、热学、光学、电学等方面均具有十分优异的性质，如超高的机械强度、良好的导热性、宽谱段高透明度和超强的导电性等。石墨烯独特的物理性质决定了其广阔的应用前景，引发了国际学术界和工业界的研究热潮。将其应用于柔性透明电极，则器件的透光率更强、导电性更好、功耗更低，有望取代目前市场主导的ITO透明电极，广泛应用于柔性显示及触摸屏等光电设备。石墨烯用于制造光子传感器和光电探测器，灵敏度可比同类探测器提高几个数量级。石墨烯还可作为下一代纳米电子集成器件的基本材料，使器件运行速度高达500GHz，且能耗比现有器件显著降低。此外，石墨烯还在医疗等其它方面也能发挥重要的作用。

经过近几年的广泛研究，化学气相沉积法(CVD)是制备石墨烯薄膜最有前景的方法之一。CVD法是在真空容器中将甲烷等碳源加热至特定温度使其分解，然后在Ni、Cu等过渡金属箔上形成石墨烯膜的技术。然而，快速、规模化制备大面积、高质量石墨烯的方法一直没有取得突破，极大的限制了石墨烯制备的效率和产量，阻碍了其进一步的产业化发展。因为CVD制备高质量的石墨烯通常需要在石墨烯生长衬底熔点(1000度左右)进行，金属生长衬底在此高温下彼此之间会发生粘合，这就限制了单次制备石墨烯的量。虽然韩国成均馆大学可以一次制备对角线达15英寸的石墨烯薄膜，但其采用直径为8英寸的管式炉，并将石墨烯生长衬底铺满整体炉管内壁获得，其余生长空间并没有被合理利用，不仅单生长批次制备的数量少，而且还造成资源浪费。近期，日本索尼采用电极加热生长衬底的办法实现了卷对卷生长石墨烯，但由于是局部加热且温度较低，制备出的石墨烯质量差，不能满足应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种规模化制备石墨烯薄膜的夹具及制备方法，提高单次石墨烯薄膜的生长数量，实现规模化制备，极大的降低石墨烯薄膜的生产成本。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种规模化制备石墨烯薄膜的夹具，包括上栅格架和下格栅架，所述上格栅架包括上格栅架半圆形固定框和固定在所述上格栅架半圆形固定框的内圆面上的若干竖直向下排布的上栅板，相邻的所述上栅板之间均设有上栅板间隙，所述下格栅架包括下格栅架半圆形固定框和固定在所述下格栅架半圆形固定框的内圆面下的若干竖直向上排布的下栅板，相邻的所述下栅板之间均设有下栅板间隙，所述上栅板插在所述下栅板间隙内，所述下栅板插在所述上栅板间隙内，所述上格栅架半圆形固定框与所述下格栅架半圆形固定框抵接，所述上栅板远离所述上格栅架半圆形固定框的一边与所述下格栅架半圆形固定框之间设有间隙，所述下栅板远离所述下格栅架半圆形固定框的一边与所述上格栅架半圆形固定框之间设有间隙。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述上格栅架半圆形固定框的两端均设有与所述上栅板固定连接的上格栅架水平固定板。

进一步，所述下格栅架半圆形固定框的两端均设有与所述下栅板固定连接的下格栅架水平固定板。

进一步，所述上格栅架水平固定板的底面上设有凸起，所述下格栅架水平固定板的顶面上设有与所述凸起相匹配的凹槽。

进一步，所述上栅板间隙的间隙距离比所述下栅板的厚度宽2mm至15cm。

进一步，所述上栅板和所述下栅板的厚度为2mm至10cm。

一种规模化制备石墨烯薄膜的方法，该方法通过使用上述夹具来实现石墨烯薄膜的制备，包括以下步骤：步骤一，分开夹具的上格栅架和下格栅架，将石墨烯生长衬底平铺在上格栅架和下格栅架之间，将上格栅架和下格栅架缓慢合拢，使得石墨烯生长衬底填充在上栅板和下栅板之间的缝隙中，切断夹具外围多余的石墨烯生长衬底；

步骤二，将填装有石墨烯生长衬底的夹具放入石墨烯生长装置中，采用化学气相沉积法沉积石墨烯薄膜。

进一步，所述上格栅架和所述下格栅架的材质为石英、陶瓷、碳纤维中的一种或多种组合。

进一步，所述石墨烯生长衬底为材质为铜、镍、铁、钴、铂、钌中的一种或多种任意组成的合金的箔材。