[发明专利]一种连续化生长二维原子晶体材料的生长单元、系统和设备

说明书

本发明涉及一种连续化生长二维原子晶体材料的生长单元，所述生长单元包括筒状保温层，设置于筒状保温层内部的，用于承载生长基底的承载面，设置于所述承载面下方的加热部件；所述加热部件与承载面电绝缘；所述生长基底在承载面的承载作用下，从筒状保温层的一个端面运动至另一个端面。本发明提供了连续化生长二维原子晶体材料的生长单元，为二维原子晶体材料的生长提供了环境；可以将多个所述生长单元连接，并将所述每个生长单元的筒状保温层无缝连接得到连续化生长二维原子晶体材料的生长系统，实现二维原子晶体材料生长过程的温度可控。

技术领域

本发明涉及二维原子晶体材料生长技术领域，尤其涉及一种连续化生长二维原子晶体材料的生长单元、系统和设备。

背景技术

二维原子晶体是指一种只有单个或几个原子厚度的二维材料，从本质上来讲更象上一种巨大的二维分子，这种材料因为其绝对的二维结构而具备了令人意外的特性与功能。典型的二维原子晶体材料包括石墨烯材料、氮化硼材料。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，且只有一个碳原子厚度的二维材料；六方氮化硼(BN)与石墨是等电子体，具有白色石墨之称，具有类似石墨的层状结构，有良好的润滑性，电绝缘性导热性和耐化学腐蚀性，具有中子吸收能力。

现有的二维原子晶体材料的制备方法大多是“间歇式”的生长模式，无法规模化生产，制备效率低，价格昂贵；且操作为非自动化，晶体材料的生长随机，工艺不稳定，重复性差。以石墨烯为例，其现有的制备方法有微机械分离法、氧化石墨还原法、SiC热解法、化学气相沉积法(CVD)等。化学气相沉积法制备石墨烯的过程是以甲烷、乙醇等含碳化合物作为碳源，在镍、铜等金属衬底上通过将碳源高温分解，然后采用强迫冷却的方式在衬底表面形成石墨烯的过程。

现有技术在宏量制备和应用二维原子晶体材料方面都面临着如下几个问题(1)缺乏连续化制备工艺；(2)缺少全流程自动化精确控制；(3)难以形成规模化应用平台。

CN103469203A公开了一种包覆二维原子晶体的基材、其连续化生产线及方法。所述包覆二维原子晶体的基材的连续化生产线包括依次连接的设有第一卷辊(11)的放卷室(1)、磁控溅射室(6)、电感耦合-化学气相沉积室(2)、冷却室(3)以及设有第二卷辊(41)的收卷室(4)，其能够实现包覆二维原子晶体的基材的连续化生产，制备效率高，降低了包覆二维原子晶体的基材的生产成本，生产过程条件可控，工艺条件稳定，重复性高。

因此，本领域缺乏一种连续化生产大面积的二维原子晶体材料的生长单元，其能够完成基材在其中的运动的同时实现二维原子晶体材料的生长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种连续化生长二维原子晶体材料的生长单元，所述生长单元包括筒状保温层，设置于筒状保温层内部的，用于承载生长基底的承载面，设置于所述承载面下方的加热部件；

所述加热部件与承载面电绝缘；

所述生长基底在承载面的承载作用下，从筒状保温层的一个端面运动至另一个端面。

优选地，所述承载面为开有至少一个凹槽的托板，所述托板沿筒状保温层的轴向边为长边，所述凹槽沿长边方向从托板的一个端面开至另一个端面。

优选地，所述凹槽的截面为┗┛或O型；所述生长基底为具有宽度的二维长带。

优选地，所述┗┛型凹槽的底边宽比生长基底的宽度长1～2mm。

优选地，所述┗┛型凹槽的侧壁顶端向上延伸至与筒状保温层接触。

优选地，所述┗┛型截面的宽度可调。

优选地，所述凹槽的截面为V型；所述生长基底为一维的长线。

优选地，所述V型凹槽的底部夹角小于180°，优选≤120°，进一步优选≤90°，特别优选≤60°。