[实用新型]高效石墨烯卷对卷连续生长设备

说明书

本申请公开了一种高效石墨烯卷对卷连续生长设备。石墨烯卷对卷连续生长设备包括进料舱(3)、生长舱和收料舱(4)，所述进料舱(3)设置两个以上从动辊(8)，所述收料舱(4)设置两个以上主动辊(9)，所述生长舱内设置隔离支撑板(11)，所述隔离支撑板(11)将生长舱分为两个以上生长室，所述生长舱包括石墨烯生长区，所述石墨烯生长区设有加热装置。本申请的设备除了兼有现有设备制备石墨烯的优点，如石墨烯质量高、一致性好、不受尺寸限制等优点，还进一步提高了石墨烯的生产效率，并降低了制备单位面积石墨烯的能耗。

技术领域

本公开涉及石墨烯生长设备及工艺，尤其是一种高效石墨烯卷对卷连续生长设备及制备方法。

背景技术

化学气相沉积(CVD)法是指化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的方法。CVD法制备石墨烯是使用含碳有机气体，在高温CVD炉内的过渡金属表面气相沉积制得石墨烯薄膜。

可以采用非连续CVD管式炉生长石墨烯。非连续CVD管式炉结构相对简单，操作较为容易。但是单炉次石墨烯生长时间长，耗电量大，受石英管的直径和生长温区长度的限制，无法制备大尺寸石墨烯；此外，片式金属衬底在石墨烯生长前后进料、取料过程，因人为或装置因素，会在引入大量褶皱，生长在金属衬底表面的石墨烯也因此会产生褶皱或破损。由于非连续CVD管式炉制备石墨烯薄膜存在缺陷多，品质难以控制、生产效率较低、能耗高等问题，采用石墨烯卷对卷连续生长CVD设备是一种趋势。

石墨烯卷对卷连续生长CVD设备一般配有一个放料辊(从动辊)和一个收料辊(主动辊)，分别在进料舱和收料舱内，电机连接收料辊(主动辊)转动，传动至金属衬底，带动放料辊(从动辊)转动，金属衬底从进料舱运行至高温生长区，石墨烯在金属衬底表面沉积，继续运行至收料舱收集。生长过程中，金属衬底保持一定的张力使其表面非常平整，生长的石墨烯褶皱或者破损极少；连续式的生长同时保证了石墨烯品质的一致性，也突破了非连续CVD法的尺寸限制，目前可以生产长度200m以上的石墨烯薄膜；另外在一定程度上提高了石墨烯的生产效率和降低了能耗。

现有石墨烯卷对卷连续生长CVD设备，虽然解决了非连续CVD管式炉的一些问题，但是无法进一步提高生产效率，降低生长单位面积石墨烯耗电量。

实用新型内容

本公开要解决的技术问题是，现有石墨烯卷对卷连续生长CVD设备生产效率仍然较低，消耗电量也较高。

本发明人认为，现有石墨烯卷对卷连续生长CVD设备存在的上述问题，主要是由于现有设备整体结构配置为单放料辊(从动辊)和单收料辊(主动辊)。为了解决上述问题，本公开提供了一种高效石墨烯卷对卷连续生长CVD设备，该设备配置多从动辊和多主动辊，可同时卷绕多个金属衬底，从而使得石墨烯在多个金属衬底上同时生长，该设备不仅能够提高石墨烯生产效率，还能够降低消耗电量。为了避免金属衬底贴合融合，本发明人还在生长舱中设置了设置隔离支撑板，从而在生产时将不同金属衬底隔离开。另外，当选用不同种类的金属衬底时，本公开实现石墨烯在同一设备内的不同金属衬底上同时进行连续生长，从而高效获得生长在不同金属衬底的石墨烯。

具体来说，本公开提出了如下技术方案：

本公开提供了一种石墨烯卷对卷连续生长设备，所述设备包括进料舱、生长舱和收料舱，所述进料舱设置两个以上从动辊，所述收料舱设置两个以上主动辊，所述生长舱内设置隔离支撑板，所述隔离支撑板将生长舱分为两个以上生长室，所述生长舱包括石墨烯生长区，所述石墨烯生长区设有加热装置。

本公开的一些实施例中，每个所述主动辊独立地连接电机。

本公开的一些实施例中，所述加热装置为加热炉，优选地，所述加热装置的上游设有等离子体发生器，更优选地，所述加热装置的下游设有冷却装置，更优选地，所述冷却装置为风机。

本公开的一些实施例中，所述生长舱为石英管，所述隔离支撑板为半圆柱形或腰形石英架的平面板。