[发明专利]一种用于石墨烯复合薄膜制备的卷绕式设备

说明书

本发明公开一种用于石墨烯复合薄膜制备的卷绕式设备，主要包括腔室、蒸发模块、涂覆模块和图案生成辊；蒸发模块通过真空蒸发镀膜在柔性基膜表面沉积催化剂膜层。涂覆模块将石墨烯复合材料涂覆在催化剂膜层之上形成涂覆层；涂覆层在涂覆层之下的催化剂的作用下催化生长成石墨烯复合湿膜层。图案生成辊通过负压吸收对绕经图案生成辊的柔性基膜上尚未成型的湿膜层进行部分去除，从而在柔性基膜上形成具有特定图案的石墨烯复合薄膜。图案生成辊包括内辊和外辊；外辊布置有网孔阵列；内辊布置有吸收孔阵列，吸收孔与网孔之间通过吸收管道相连；内辊内部为空腔结构，内辊的端部与低真空泵相连，低真空泵将内辊内部抽成相对于腔室内气压的负压。

技术领域

本发明属于石墨烯复合薄膜制备技术领域，特别涉及一种用于石墨烯复合薄膜制备的卷绕式设备。

背景技术

石墨烯作为新型纳米材料，比传统材料具有更高的比表面积、强度、导热和导电性能。目前，在现有材料里添加石墨烯制成石墨烯复合材料以改善原材料的性能成为当前研究和应用的热点。在众多石墨烯复合材料中，石墨烯-硅橡胶复合材料具有优异的力学、热学以及电学性能，在航空航天领域具有良好的应用前景。硅橡胶是以Si-O-Si键为主链，以有机基团为侧链的兼有无机和有机性质的弹性聚合物，由于分子链相互作用力弱，难以产生自由移动的电子，且在高温下会发生老化分解，硅橡胶强度较低，几乎不导电，未经补强的硅橡胶抗拉强度仅为0.3MPa，普通硅橡胶材料只能在260℃内安全使用，应用价值有限。为了克服硅橡胶在强度、导电性能上的缺陷，进一步提高耐高温性能，众多科研人员将多种石墨烯掺杂到其中，提高硅橡胶的强度、耐热性以及导电性，以满足空间探索对硅橡胶材料性能的苛刻要求。

但目前的石墨烯-硅橡胶复合材料的制备工艺比较复杂，还多停留在实验室阶段，难以实现产业化。特别是近期提出的石墨烯-硅橡胶复合柔性薄膜材料，以其轻薄、柔韧及形状多变等特点可以在更多领域获得更广泛的应用，但由于其产业化技术尚属空白，限制了该材料的推广应用。

发明内容

本发明提出一种卷对卷式的石墨烯复合薄膜制备设备，满足以柔性石墨烯-硅橡胶复合薄膜为代表柔性石墨烯复合薄膜材料大规模生产设备及技术需求。

本发明提供一种用于石墨烯复合薄膜制备的卷绕式设备，主要包括腔室、蒸发模块、涂覆模块、定型模块和卷绕系统；卷绕系统包括放卷辊、收卷辊、蒸发主辊和图案生成辊；在腔室内通过隔板分隔为蒸发工作区和非蒸发工作区，蒸发模块设置在蒸发工作区内；图案生成辊布置在涂覆模块和定型模块之间；图案生成辊通过负压吸收对绕经图案生成辊的柔性基膜上尚未成型的湿膜层进行部分去除，从而在柔性基膜上形成具有特定图案的石墨烯复合薄膜。

腔室上设置有真空系统和充气系统；真空系统用于在腔室内创造清洁的真空环境，充气系统用于充入工作气体。在石墨烯复合薄膜制备前，先通过真空系统将腔室内的气体抽除，使腔室内的真空度达到10Pa以上（即压力达到10Pa以下），然后通过充气系统向腔室内的非蒸发工作区通入制备石墨烯复合薄膜所需的工作气体，控制腔室内的非蒸发工作区的气体压力在0.01MPa~0.1MPa范围内。蒸发主辊跨跃蒸发工作区和非蒸发工作区布置，隔板与蒸发主辊辊面的间隙在1-5mm范围内。腔室上还设置有用于测量环境参数的压力表、湿度表及温度表。

蒸发主辊位于放卷辊的下游和涂覆模块的上游；蒸发模块位于蒸发主辊的下方，用于通过真空蒸发镀膜在柔性基膜表面沉积催化剂膜层。

图案生成辊设置在涂覆模块的下游。图案生成辊为双层机构，包括内辊和外辊；外辊辊面为网状结构，上面布置有网孔阵列；内辊的辊壁上布置有吸收孔阵列，吸收孔阵列中的吸收孔与网孔阵列中的网孔之间通过吸收管道相连，吸收孔和网孔之间一一对应；内辊内部为空腔结构，内辊的端部与低真空泵相连，低真空泵将内辊内部抽成相对于腔室内气压的负压。