[发明专利]石墨烯薄膜的收放卷装置、沉积系统及制备方法

说明书

本申请提供一种收放卷装置和等离子体增强化学气相沉积系统及石墨烯薄膜的制备方法。收放卷装置包括放卷轴、收卷轴、底座和电机。放卷轴用于设置衬底；收卷轴与放卷轴平行设置并收卷石墨烯薄膜和衬底；底座设置在放卷轴和收卷轴的下方并支撑放卷轴和收卷轴；电机与收卷轴连接，并为收卷轴提供动力。通过以上设计，可制备宽幅较大的石墨烯薄膜，解决目前大尺寸石墨烯薄膜制备受限的问题。

技术领域

本申请涉及石墨烯薄膜的制备装置、系统及制备方法，具体而言，涉及一种石墨烯薄膜的收放卷装置、沉积系统及制备方法。

背景技术

石墨烯是一种新型炭材料，具有由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体结构，在电学、导热性、力学、光学等方面有诸多优良性能，同时还具有一些独特性质，如高性能传感器功能、催化剂功能、吸氢功能、双极半导体、无散射传输、应力传感器功能等石墨烯在触控屏中具有明显的应用优势。

化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯是目前最理想，也是最广泛的应用于工业化生产的制备技术。化学气相沉积法制备石墨烯的工作原理是利用碳源(气态、液态、固态)在高温环境下，碳源分解出碳原子沉积在金属表面，逐渐生长出连续的石墨烯薄膜。普通CVD法制备石墨烯的缺点日益凸显，因此，在CVD的基础上发展了等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)，常见的等离子体源有三类：微波、射频和直流放电。根据等离子体源不同，分别叫做WPCVD、RF-PECVD和DC-PECVD。RF-PECVD技术通过实现低温生长降低了制备石墨烯薄膜的成本，具有成膜质量好、生长面积大和透明度高等优点。在基底选择方面也大大增加了不耐高温基底上大面积制备高品质石墨烯的可能性，为石墨烯的工业化生产和科学实际的应用。具体为通入甲烷和氢气，在射频电场的作用下，氢气电离成离子体，起到提高等离子体活性和加速反应的作用，被射频电场加速了的电子的动能在10eV以上，能够破坏绝大部分甲烷分子的碳氢键，其中碳原子沉积在基底上，从而制备石墨烯薄膜。

在PECVD制备石墨烯薄膜体系中，由于不同碳源气体的裂解会产生污染物，在传统的PECVD体系动态生长过程中，收放卷仓体位于加热炉两侧，这样在放卷仓附件的冷区易于沉积无定形碳等污染物，同时冷端沉积的污染物会对样品质量造成影响。其次，传统的加热炉和石英管构成的管式炉受石英管直径尺寸的限制，不能制备大宽幅的石墨烯薄膜。

发明内容

本申请的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够制造大宽幅石墨烯薄膜的装置。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

根据本申请的一个方面，提供了一种收放卷装置，用于制备石墨烯薄膜，包括底座、放卷轴、收卷轴和电机。所述放卷轴设置在所述底座上，所述底座支撑所述放卷轴，所述放卷轴用于设置衬底；所述收卷轴设置在所述底座上，所述底座支撑所述收卷轴，所述收卷轴与所述放卷轴平行设置并收卷所述石墨烯薄膜和所述衬底；所述电机与所述收卷轴连接，为所述收卷轴提供动力。

根据本申请的一实施方式，所述放卷轴、所述收卷轴和所述底座均采用耐高温刚性材料制成。

根据本申请的一实施方式，在垂直于所述放卷轴的轴向的平面上，所述底座的投影是矩形，所述放卷轴和所述收卷轴均设置在所述矩形的同一条长边上。

根据本申请的一实施方式，在垂直于所述放卷轴的轴向的平面上，所述底座的投影是半圆形，所述放卷轴和所述收卷轴均设置在所述半圆形的直径上。

根据本申请的一实施方式，所述底座是一体成型或者两个分体结构组合而成。

根据本申请的一实施方式，所述底座包括第一端底座和第二端底座，所述第一端底座支撑所述放卷轴和所述收卷轴的一端，所述第二端底座支撑所述放卷轴和所述收卷轴的另一端。

根据本申请的一实施方式，所述底座包括放卷轴底座和收卷轴底座，所述放卷轴设置在所述放卷轴底座上，所述收卷轴设置在所述收卷轴底座上。