一種快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)cvd連續(xù)生長爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯生長CVD設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料。由于石墨烯特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其在力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等方面具有十分優(yōu)異的性質(zhì)，這也使得它在顯示、能源、探測及光電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，石墨烯的應(yīng)用開發(fā)也將給眾多研宄領(lǐng)域帶來革命性轉(zhuǎn)移。
[0003]CVD (Chemical Vapor Aeposit1n，化學(xué)氣相沉積)，是指把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸汽及反應(yīng)所需其它氣體引入反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生長薄膜的過程。
[0004]目前大型石墨烯生長CVD設(shè)備已經(jīng)制備出了 30英寸(對角線約76cm)的石墨烯薄膜，但受設(shè)備的限制，制備工藝上仍是制備結(jié)束一次后再重新裝樣制備下一次，還無法實(shí)現(xiàn)大面積、高質(zhì)量石墨烯的連續(xù)、快速制備。大型卷對卷CVD設(shè)備已經(jīng)制備出了長度超過100米的石墨稀薄膜，但是由于CVD生長高質(zhì)量石墨稀工藝溫度接近銅箔恪點(diǎn)，在卷對卷CVD生長石墨烯設(shè)備中銅箔自身幾乎無法承受任何張力，且對常用傳動結(jié)構(gòu)比如金屬網(wǎng)袋、石墨和石英滾軸的材料具有很強(qiáng)的滲透、熔接和粘附的傾向，稍有處理不當(dāng)就會導(dǎo)致生長在銅箔表面的石墨烯的撕裂和褶皺。以上特性給卷對卷CVD生長石墨烯的設(shè)備中銅箔的收放卷控制和真空條件下的傳動結(jié)構(gòu)提出了巨大的挑戰(zhàn)。同時由于卷對卷CVD生長的工藝壓力屬于低壓CVD，生長完畢的銅箔，在收卷時需要快速冷卻，而在真空條件下熱傳導(dǎo)幾乎完全靠熱輻射，造成現(xiàn)有卷對卷CVD生長設(shè)備冷卻效率低下難以適應(yīng)高速大批量的生長的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，它解決了現(xiàn)有技術(shù)不能快速冷卻、連續(xù)制備出大面積、高質(zhì)量石墨烯的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，它包括有CVD管式爐，所述CVD管式爐的爐管兩端分別安裝有進(jìn)料進(jìn)氣真空腔室和出料排氣真空腔室，所述真空腔室內(nèi)分別對應(yīng)安裝有放卷滾輪和收卷滾輪，所述進(jìn)料進(jìn)氣腔室與爐體之間安裝有射頻等離子體發(fā)生器，所述出料排氣腔體與爐體之間安裝有液氮冷阱。
[0008]進(jìn)一步地，所述進(jìn)料進(jìn)氣真空腔室連接供氣系統(tǒng)。
[0009]進(jìn)一步地，所述出料排氣真空腔室內(nèi)還安裝有真空旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
[0010]進(jìn)一步地，所述出料排氣真空腔室連接帶真空閥門的真空機(jī)組。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述真空腔室可以開啟，其由金屬材料制成。
[0012]進(jìn)一步地，所述射頻等離子體發(fā)生器連接有射頻電源。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
[0014]本發(fā)明用來制備石墨烯，相對于現(xiàn)有技術(shù)具有快速冷卻、連續(xù)生長的優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)行大面積、高質(zhì)量石墨烯的規(guī)?；L。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中編號說明:
[0017]1-進(jìn)料進(jìn)氣真空腔室；2_進(jìn)氣管；3_放卷滾輪；4_射頻等離子體發(fā)生器；5_卷狀銅箔(生長石墨烯)；6-CVD管式爐；7_液氮冷阱；8_收卷滾輪(安裝在出料排氣腔體內(nèi))；9-真空閥門；10-供氣系統(tǒng)；11-射頻電源；12-控制柜；13-真空機(jī)組。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參看圖1，本發(fā)明【具體實(shí)施方式】采用以下技術(shù)方案:它包括有CVD管式爐6，所述CVD管式爐6的爐管兩端分別安裝有進(jìn)料進(jìn)氣真空腔室I和出料排氣真空腔室，所述真空腔室內(nèi)分別對應(yīng)安裝有放卷滾輪3和收卷滾輪8，所述進(jìn)料進(jìn)氣腔室I與爐體之間安裝有射頻等離子體發(fā)生器4，所述出料排氣腔體與爐體之間安裝有液氮冷阱7 ;所述進(jìn)料進(jìn)氣真空腔室I連接供氣系統(tǒng)10 ;所述出料排氣真空腔室內(nèi)還安裝有真空旋轉(zhuǎn)電機(jī)；所述出料排氣真空腔室連接帶真空閥門9的真空機(jī)組13 ;所述真空腔室可以開啟，其由金屬材料制成；所述射頻等離子體發(fā)生器4連接有射頻電源11 ;所述射頻電源11和真空機(jī)組之間安裝有控制柜12。
[0019]其中，進(jìn)氣進(jìn)料腔室I用于通入生長石墨烯的碳源氣體和氫氣以及惰性載氣；放卷滾輪3用于裝掛卷狀銅箔5 ;真空旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動收卷滾輪8用于收料；射頻等離子體發(fā)生器4可在管內(nèi)產(chǎn)生均勻等效的等離子體輝光，加強(qiáng)碳源的分解和石墨烯的生長速率，從而有效降低石墨烯的生長溫度，也降低了銅箔5在高溫下容易被拉伸變形甚至斷裂的風(fēng)險；液氮冷阱7可以極大的提高了銅箔5的冷卻效率，可提高生產(chǎn)效率。
[0020]生產(chǎn)時，將卷狀銅箔5裝入進(jìn)料進(jìn)氣腔室I內(nèi)的放卷滾輪3上，并穿過爐管與出料排氣腔室內(nèi)的收卷滾輪8相連；關(guān)閉進(jìn)料進(jìn)氣腔室I艙門，開啟真空機(jī)組13，將整個設(shè)備內(nèi)氣壓抽至0.3Pa以下；開啟加熱爐體，將爐內(nèi)溫度升高至生長溫度600°C，然后通入10SCCM流量的氫氣和30SCCM流量的甲烷，開啟射頻等離子體發(fā)生器4并調(diào)節(jié)輝光區(qū)域到最大化；開動與收卷滾輪8相連的真空旋轉(zhuǎn)電機(jī)；于是卷狀銅箔5將依次通過加熱爐體，完成石墨烯的生長；當(dāng)整卷銅箔完成生長以后，通入氬氣將系統(tǒng)內(nèi)充氣至大氣壓，然后打開出料排氣腔體艙門將生長完成的銅箔成卷卸出。
【主權(quán)項】
1.一種快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，它包括有CVD管式爐，其特征在于，所述CVD管式爐的爐管兩端分別安裝有進(jìn)料進(jìn)氣真空腔室和出料排氣真空腔室，所述真空腔室內(nèi)分別對應(yīng)安裝有放卷滾輪和收卷滾輪，所述進(jìn)料進(jìn)氣腔室與爐體之間安裝有射頻等離子體發(fā)生器，所述出料排氣腔體與爐體之間安裝有液氮冷阱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述進(jìn)料進(jìn)氣真空腔室連接供氣系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述出料排氣真空腔室內(nèi)還安裝有真空旋轉(zhuǎn)電機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述出料排氣真空腔室連接帶真空閥門的真空機(jī)組。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述真空腔室可以開啟，其由金屬材料制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，其特征在于，所述射頻等離子體發(fā)生器連接有射頻電源。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速冷卻卷對卷等離子體增強(qiáng)CVD連續(xù)生長爐，它涉及石墨烯生長CVD設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。它包括有CVD管式爐，所述CVD管式爐的爐管兩端分別安裝有進(jìn)料進(jìn)氣真空腔室和出料排氣真空腔室，所述真空腔室內(nèi)分別對應(yīng)安裝有放卷滾輪和收卷滾輪，所述進(jìn)料進(jìn)氣腔室與爐體之間安裝有射頻等離子體發(fā)生器，所述出料排氣腔體與爐體之間安裝有液氮冷阱。本發(fā)明用來制備石墨烯，相對于現(xiàn)有技術(shù)具有快速冷卻、連續(xù)生長的優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)行大面積、高質(zhì)量石墨烯的規(guī)模化生長。
【IPC分類】C23C16/513, C23C16/26
【公開號】CN104988471
【申請?zhí)枴緾N201510407883
【發(fā)明人】孔令杰, 李曉麗, 吳克松
【申請人】安徽貝意克設(shè)備技術(shù)有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月10日