[发明专利]用于在磁场中制造石墨烯的系统

说明书

相关申请的交叉引用

本非临时申请是2014年5月12日提交的非临时申请号14/275，267的部分继续申请，上述申请是2014年5月13日发布的美国专利8，721，843的部分继续申请，美国专利8，721，843权利要求由Fullerton等人于2010年10月15日提交的名称为“制造石墨烯的系统和方法”的临时申请号61/455，211的35USC 119(e)下的权益。

本非临时申请要求Fullerton等人于2014年7月17日提交的名称为“在磁场中制造石墨烯的系统”的临时申请号62/025，691的35USC 119(e)下的权益。

这些申请的全部内容在此通过引用并入本文。

发明领域

本发明概括地涉及一种用于生成连续的石墨烯膜的系统。更具体地，本发明涉及使用连续制备网的方法制造石墨烯的系统，由此通过碳原子源的电离作用生成的均匀等离子体分布以所需速率产生碳原子的辉光放电，从而使得悬浮在磁场上方的石墨烯膜连续生长。

发明背景

目前用于制造石墨烯膜的系统和方法，如使用胶带以从石墨中移出石墨烯层，通常是特定的且不可控的。因此，期望有用于商业目的制造足够质量和数量的石墨烯的改进系统和方法。

发明内容

本发明是通过在磁场上方产生石墨烯时悬浮石墨烯来生成石墨烯的改进系统。根据本发明的一个实施方案，用于在磁场中生成石墨烯的系统包括：用于产生多个离子化碳原子的等离子体发生器，所述多个离子化碳原子以碳原子云离开所述等离子体发生器；用于在碳原子云离开所述等离子体发生器时接收所述碳原子云并且用于由多个离子化碳原子生成石墨烯膜的石墨烯生成室，所述石墨烯生成室具有磁性结构，所述磁性结构包括交替极性磁源的二维阵列，所述磁源产生具有足以使所述石墨烯膜悬浮在所述磁性结构上方的磁场梯度，所述磁性结构从生长部分延伸到回收部分；以及石墨烯种子源，用于将石墨烯种子提供到所述石墨烯生成室的生长部分内的磁场上方的初始位置，在所述磁场上方生成所述石墨烯膜，使得由于所述石墨烯膜是抗磁性的，所述石墨烯膜悬浮在所述磁场上方，所述碳原子云使所述悬浮的石墨烯膜从初始位置连续生长，设置所述石墨烯生成室，使得所述悬浮的石墨烯膜移动离开所述初始位置并且通过所述石墨烯生成室，直到其作为回收的石墨烯产物离开所述石墨烯生成室的回收部分。

所述系统可以包括碳原子源，其中所述碳原子源可以包括甲烷、二氧化碳或一氧化碳中的至少一种。所述碳原子源的化学式可以仅具有一个碳原子。

所述系统可以包括惰性气体，其中所述惰性气体可以包括氦气、氩气、氪气、氖气或氙气中的至少一种。

所述系统可以包括电离能源，其中所述电离能源可以包括射频源或高压源之一，其中所述射频源可以是微波信号。

所述系统可以包括至少一个控制系统，用于控制所述碳原子源与所述惰性气体的比例、控制绝对压力，以及控制由所述电离能源产生的等离子体的能量密度，以控制辉光放电和等离子体的分布，所述辉光放电产生多个离子化碳原子。可以控制绝对压力以获得分子碰撞之间的平均自由路径，以产生辉光放电和等离子体的均匀分布。

所述磁性结构可以是永磁材料，其中所述永磁材料可以被磁化，使得所述磁场的磁场强度在所述石墨烯种子的初始位置附近最强，并且所述磁场的磁场强度逐渐变弱，直到它在所述石墨烯生成室的回收部分的端部附近最弱。

所述磁性结构可以包括电磁体或电永磁体之一。

所述系统可以包括用于修整所述石墨烯膜的至少一个激光器。

所述系统可以包括在所述石墨烯上方的第二个磁性结构。

所述系统可以被设置为使得沿着其长度的磁场的外边缘呈现出比磁场的中心部分更强的磁场强度。

所述系统可以包括势垒磁场源。

所述系统可以包括在所述石墨烯生成室的生长部分和回收部分之间的加工部分，用于加工所述石墨烯膜，其中加工可以包括下述中的一种：激光绘制导电迹线、使用立体光刻施加其它原子、活化碳或混合杂质。

附图说明

参照附图描述本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。另外，附图标记的最左边的数字标识附图标记首次出现的附图。

图1A描绘了示例性石墨烯制造系统；

图1B描绘了另一个示例性石墨烯制造系统；

图2A描绘了横跨示例性碗形磁性结构的宽度的横截面；

图2B描绘了横跨磁性结构的示例性碗形磁场的宽度的横截面；