[发明专利]用于制造石墨烯的设备及方法

说明书

本发明提供用于制造石墨烯的设备以及方法。所述方法包括：将固态铜熔化成铜熔液；接收铜熔液并使铜熔液在以幕帘方式向下流动时生成预设厚度和预设宽度的铜箔；在所生成的铜箔具有预设温度的预设位置处向铜箔供应生长石墨烯所需的各种气体，并通过化学气相沉积工艺在铜箔上生长石墨烯，从而形成石墨烯/铜箔叠层；支撑并载送石墨烯/铜箔叠层；以及接收所述石墨烯/铜箔叠层，并将石墨烯/铜箔叠层上的石墨烯转印到柔性衬底上。本发明的设备以及方法可避免在生长石墨烯之前清洗铜箔，并可利用铜熔液带来的高温来生长石墨烯，还可在生产线上同步进行铜箔的生成、石墨烯的生长和转印，从而有效降低制造成本、提高制造效率。

技术领域

本发明涉及石墨烯制造领域，特别涉及用于制造石墨烯的设备及方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子依据六边形进行排布并相互连接而成的单层碳分子材料，其拥有超强的导电性、超高强度、超大比表面积，在半导体制造、新能源汽车、平板显示以及军用领域都有着巨大的应用前景。

但是现有技术中高品质的单层石墨烯通常是利用铜箔做催化剂在高温下在反应腔中生长石墨烯，其制作过程主要包括：对铜箔进行清洗处理，以去除铜箔表面的氧化层或其他不期望的杂质；将铜箔升温至800-1100℃；通入含碳的气体(包括甲烷、乙炔等)和氢气，并利用铜的催化能力在铜箔表面生长1到3个原子层的石墨烯；取出铜箔利用转印技术将石墨烯转移到柔性衬底上。

上述现有技术中的石墨烯制造方法在进入商业应用时成本很高，主要是由于以下原因：第一、目前的生产方法不是卷对卷的生产线产业化方法，铜箔在进入腔室加热到高温、生产石墨烯后进行冷却然后转印过程都是一片一片进行的，生长单层石墨烯的过程能耗非常高，生长节拍太慢；生长石墨烯成本太高。第二、铜箔在生长石墨烯前需要经过专门的化学处理以保证清洁的表面，导致工艺步骤增多。

因此，寻找一种步骤简单、成本较低且能适应生产线产业化的石墨烯的制造技术已成为业内亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种用于制造石墨烯的设备，所述设备包括铜箔生成装置、石墨烯生长装置、支撑载送装置以及石墨烯转印装置；所述铜箔生成装置包括熔铜模块和铜箔生成模块；所述熔铜模块用于将固态铜熔化成铜熔液；所述铜箔生成模块用于从所述熔铜模块接收所述铜熔液并使所述铜熔液在以幕帘方式向下流动时生成预设厚度和预设宽度的铜箔；所述石墨烯生长装置用于在所生成的铜箔具有预设温度的预设位置处向所述铜箔供应生长石墨烯所需的各种气体，并通过化学气相沉积工艺在所述铜箔上生长石墨烯，从而形成石墨烯/铜箔叠层；所述支撑载送装置用于支撑所述石墨烯/铜箔叠层并将所述石墨烯/铜箔叠层载送至石墨烯转印装置；所述石墨烯转印装置用于接收由所述支撑载送装置所载送的所述石墨烯/铜箔叠层，并将所述石墨烯/铜箔叠层上的石墨烯转印到柔性衬底上。

在一实施例中，所述支撑载送装置包括支撑导向滚轮，所述支撑导向滚轮构造成支撑并载送所述石墨烯/铜箔叠层以防止所述石墨烯/铜箔叠层破裂。

在一实施例中，所述铜箔生成装置还包括温度控制器，所述温度控制器用于调节所述熔铜模块在其输出口输出的所述铜熔液的温度并控制所述铜熔液的粘滞系数，以便利用所述铜熔液的表面张力在所述铜熔液流出所述输出口并沿所述铜箔生成模块的下行流道以幕帘方式向下流动时形成所述铜箔。

在一实施例中，所述石墨烯生长装置包括反应腔、反应气体喷嘴以及生长控制装置；所述反应腔用于进行生长石墨烯的所述化学气相沉积工艺；所述反应气体喷嘴设置在所述反应腔中用于向所述铜箔的所述预设位置处喷射生长所述石墨烯所需的各种气体；所述生长控制装置用于通过控制所述反应腔的温度和压力以及由所述反应气体喷嘴喷出的各种气体的流量和压力来控制石墨烯生长；其中，生长所述石墨烯所需的各种气体包括甲烷、乙炔或乙烯中的任一种和氢气，所述铜熔液、所述铜箔、所述反应腔均处于真空或者氮气保护氛围中。