[实用新型]高温工艺腔竖向布置的石墨烯连续生长设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种石墨烯的生长设备，尤其是一种高温工艺腔竖向布置的石墨烯连续生长设备。

背景技术

众所周知的：石墨烯虽然只有一个碳原子层厚,但由于其自身结构特性使其表现出诸多世界之最，如最薄、最轻、最坚韧、电阻率最小等，石墨烯被称为材料界的“黑金”，21世纪“新材料之王”。

石墨烯薄膜的规模化制备，经过近几年的广泛研究，化学气相沉积法是规模化制备石墨烯薄膜最有前景的方法之一。CVD法制备高质量的石墨烯薄膜是在1000度左右的真空条件下将碳源加热分解成活性碳基团，然后Cu、Ni等过渡金属衬底上进一步分解生成石墨烯。然而，快速、连续规模化制备大面积、高质量石墨烯薄膜的方法一直没有取得大的突破，极大地限制了石墨烯制备效率和产量，阻碍了石墨烯薄膜产业快速发展的步伐。

卷对卷生长石墨烯是一个动态生长过程，与片式静态生长有着本质上的区别。对于片材间歇式生长高质量的石墨烯通常是将石墨烯生长基底在其熔点附近进行长时间高退火，使多晶生长基底再次结晶，增加生长基底晶畴面积，有利于制备高质量的石墨烯薄膜。近几年虽然已有专利开始研究卷对卷制备石墨烯设备及工艺，但因为只设置一个高温工艺腔，退火和生长同时进行，很难实现高质量石墨烯的可控制备。对于一个高温工艺腔，如果先进行卷对卷高温退火，再倒回来进行卷对卷石墨烯生长，严重影响石墨烯生长效率。此外，之前专利均未考虑高温热辐射对密封装置影响和工艺腔内气体均匀分布问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够将石墨烯生长基底高温退火预处理与高温生长同步进行，同时减小重力作用对石墨烯生长基底表面形貌及外观影响的高温工艺腔竖向布置的石墨烯连续生长设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种高温工艺腔竖向布置的石墨烯连续生长设备，包括放料冷却腔、收料冷却腔以及用于所述放料冷却腔和收料冷却腔抽真空的真空泵；所述放料冷却腔内设置有石墨烯生长基底放料辊和放料冷却区导向辊，所述收料冷却腔内设置有石墨烯基底收料辊以及收料冷却腔导向辊；

高温工艺腔竖向布置的石墨烯连续生长设备，还包括第一高温工艺腔、第二高温工艺腔以及过渡腔；所述第一高温工艺腔的两端和第二高温工艺腔的两端均设置有匀流隔热装置；所述第一高温工艺腔和第二高温工艺腔上均设置有加热器；

所述第一高温工艺腔与第二高温工艺腔均竖向布置；所述第一高温工艺腔一端与放料冷却腔连接且连通，另一端与过渡腔连接且连通，所述第二高温工艺腔一端与过渡腔连接且连通，另一端与收料冷却腔连接且连通；所述过渡腔内第一高温工艺腔以及第二高温工艺腔对应的位置均设置有过渡辊；

石墨烯生长基底放料辊上放料石墨烯生长基底依次经过放料冷却区导向辊、第一高温工艺腔、过渡腔中的过渡辊、第二高温工艺腔、收料冷却腔导向辊最终卷收到石墨烯基底收料辊上。

进一步的，所述过渡腔内设置有检测石墨烯薄膜张力的张力检测装置。

优选的，所述收料冷却腔导向辊采用水冷导向辊。

进一步的，第一高温工艺腔的两端均通过多点进气密封法兰分别与放料冷却腔和过渡腔连接，第二高温工艺腔的两端均通过多点进气密封法兰分别与过渡腔和收料冷却腔连接。

优选的，所述多点进气密封法兰包括外法兰、内法兰以及密封胶圈，所述内法兰具有凸台端，所述外法兰设置有与内法兰匹配的凹槽，所述密封胶圈安装在凹槽内，所述内法兰的凸台端插入外法兰的凹槽内，且顶紧密封胶圈，所述内法兰上设置有连通内法兰内圈的通气通道。

优选的，所述匀流隔热装置包括至少两层隔热板以及支撑柱，所述支撑柱设置在相邻两层隔热板之间；所述隔热板上设置有中心通孔及均匀分布的透气孔，所述相邻两层隔热板上的透气孔错位分布。

进一步的，所述隔热板上的中心通孔为沿径向的通槽。

优选的，所述放料冷却腔设置有一个真空泵，所述收料冷却腔设置有一个真空泵。

优选的，所述加热器采用电阻加热器。