本發(fā)明涉及石墨烯的轉(zhuǎn)移裝置，具體為一種綜合利用卷對卷技術(shù)和氣體鼓泡插層技術(shù)連續(xù)轉(zhuǎn)移大面積石墨烯的裝置。

背景技術(shù)：
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石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)。石墨烯獨特的晶體結(jié)構(gòu)使它具有優(yōu)異的電學、熱學和力學性能，可望在多功能納電子器件、透明導電膜、復合材料、催化材料等氣體傳感器等領域獲得廣泛應用。獲得不同基體上的大面積、高質(zhì)量石墨烯是實現(xiàn)上述應用的前提和基礎。目前，CVD方法是可控制備大面積、高質(zhì)量石墨烯的主要方法，相關工藝的發(fā)展也較為完善。然而，如何將CVD生長的大面積、高質(zhì)量石墨烯高效轉(zhuǎn)移到特定基體上仍然是制約石墨烯應用的瓶頸環(huán)節(jié)。因此，建立低成本、連續(xù)化的轉(zhuǎn)移方法和裝置對于推動石墨烯材料的規(guī)模化應用具有重要的作用和意義。

中國發(fā)明專利(專利號ZL 201110154465.9)公開了一種低成本無損轉(zhuǎn)移石墨烯的方法。該方法利用氣體鼓泡插層的原理，實現(xiàn)了石墨烯與初始基體的無損剝離和轉(zhuǎn)移，初始基體可以多次重復使用，大幅降低了石墨烯的轉(zhuǎn)移成本。然而，目前缺少與該方法完全兼容的轉(zhuǎn)移裝置，限制了低成本無損轉(zhuǎn)移技術(shù)在規(guī)?；D(zhuǎn)移石墨烯中的應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，用于實現(xiàn)大面積石墨烯的低成本、連續(xù)化轉(zhuǎn)移。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，包括物料帶、卷動送料裝置、電解鼓泡裝置、清洗裝置、干燥裝置、張緊力調(diào)節(jié)裝置、卷動收料裝置和控制系統(tǒng)等部件，以卷對卷的方式連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯；

物料帶為生長有石墨烯的初始基體和石墨烯表面的覆膜；石墨烯的初始基體 包括金屬的箔或帶；石墨烯為采用化學氣相沉積方法生長的石墨烯或析出方法生長的石墨烯；表面的覆膜為轉(zhuǎn)移石墨烯的介質(zhì)膜或者石墨烯的柔性目標基體。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，卷動送料裝置包括送料輥和轉(zhuǎn)動裝置，送料輥用于卷繞和輸送物料帶，轉(zhuǎn)動裝置用于提供轉(zhuǎn)動的動力，其轉(zhuǎn)速和方向由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，電解鼓泡裝置包括電極、電解槽和傳動軸，物料帶與電極的負極連接，電解槽中存儲電解液，電極的正極與電解液接觸，正極和負極與電解電源連接；

電解液包括酸、堿、鹽之一種或兩種以上的水溶液，根據(jù)需要加入調(diào)節(jié)溶液表面張力、粘度等性質(zhì)的添加劑。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，清洗裝置采用沖刷、噴淋、浸泡和超聲波清洗之一種或兩種以上的方式對初始基體和石墨烯薄膜進行清洗，用于去除表面的附著物；清洗液包括水、有機溶劑和表面活性劑之一種或兩種以上的組合。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，干燥裝置包括烘箱和風機等干燥設備，對初始基體和石墨烯薄膜進行干燥。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，張緊力調(diào)節(jié)裝置包括張緊力調(diào)節(jié)輥和傳感器，用于調(diào)節(jié)物料帶的張緊力，以確保送料和收料同步。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，卷動收料裝置包括收料輥和轉(zhuǎn)動裝置，收料輥用于卷繞和收緊物料帶，轉(zhuǎn)動裝置用于提供轉(zhuǎn)動的動力，其轉(zhuǎn)速和方向由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，控制系統(tǒng)包括電源、溫度控制器、轉(zhuǎn)動裝置的控制程序和設備，電源為裝置中的轉(zhuǎn)動裝置、干燥裝置和電解過程供電，溫度控制器用于調(diào)節(jié)干燥裝置的溫度，控制程序和設備用于控制轉(zhuǎn)動裝置和張緊力調(diào)節(jié)裝置。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，采用傳動輥實現(xiàn)物料帶在不同部件之間的傳送。

所述的卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置，根據(jù)需要在收料輥之前加裝其他轉(zhuǎn)移裝置，將覆膜表面的石墨烯轉(zhuǎn)移到其它柔性或剛性的目標基體上。

本發(fā)明的特點及有益效果是：

1.本發(fā)明所述裝置綜合使用了卷對卷技術(shù)和氣體鼓泡插層技術(shù)，實現(xiàn)了大面 積石墨烯的連續(xù)化、卷繞式轉(zhuǎn)移，同時初始基體可重復使用，適用于石墨烯與柔性初始基體的剝離和轉(zhuǎn)移。

2.本發(fā)明所述裝置與熱釋放膠帶、壓敏膠帶、柔性目標基體等多種轉(zhuǎn)移介質(zhì)膜均可兼容，因此可以將石墨烯轉(zhuǎn)移到柔性或者剛性基體表面。

附圖說明:

圖1為卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯裝置的構(gòu)造示意圖。

圖中，1物料帶；2送料輥；3負極；4傳動輥；5正極；6電解槽；7電解液；8清洗裝置；9干燥裝置；10張力調(diào)節(jié)輥；11收料輥Ⅰ；12收料輥Ⅱ；13控制系統(tǒng)；14熱輥壓機。

具體實施方式:

下面通過附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的裝置主要包括：物料帶1、送料輥2、負極3、傳動輥4、正極5、電解槽6、電解液7、清洗裝置8、干燥裝置9、張力調(diào)節(jié)輥10、收料輥Ⅰ11、收料輥Ⅱ12和控制系統(tǒng)13等，具體結(jié)構(gòu)如下：

金屬箔上生長的石墨烯表面粘結(jié)轉(zhuǎn)移介質(zhì)形成物料帶1，物料帶1的一端卷繞于送料輥2上，物料帶1的另一端穿過負極3伸至電解槽6的電解液7中正極5上方，物料帶1經(jīng)傳動輥4分開兩部分：金屬箔和石墨烯/轉(zhuǎn)移介質(zhì)。其中，金屬箔卷繞于收料輥Ⅰ11，在金屬箔卷繞于收料輥Ⅰ11的通道上依次設置清洗裝置8、干燥裝置9、張力調(diào)節(jié)輥10；石墨烯/轉(zhuǎn)移介質(zhì)卷繞于收料輥Ⅱ12，在石墨烯/轉(zhuǎn)移介質(zhì)卷繞于收料輥Ⅱ12的通道上依次設置清洗裝置8、干燥裝置9、張力調(diào)節(jié)輥10。

其中，正極5和與負極3連接的物料帶1對電解液7中的水電解，在物料帶1表面產(chǎn)生氫氣，將石墨烯從金屬箔表面剝離?？刂葡到y(tǒng)13包括電源、溫度控制器、轉(zhuǎn)動裝置的控制程序和設備，電源為裝置中的轉(zhuǎn)動裝置、干燥裝置和電解過程供電，溫度控制器用于調(diào)節(jié)干燥裝置的溫度，控制程序和設備用于控制轉(zhuǎn)動裝置和張緊力調(diào)節(jié)裝置。

另外，采用熱釋放膠帶和壓敏膠帶作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)時，可在干燥裝置9與收料輥Ⅱ12之間加裝熱輥壓機14。

實施例1：

本實施例中，卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的方法如下：采用銅箔作為初始基體， 采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)和目標基體，采用熱熔膠(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)作為膠粘劑。利用CVD法在銅箔上(本實施例中，銅箔可以換成鎳箔或其他可以生長石墨烯的金屬箔)生長單層石墨烯。利用熱熔膠的粘結(jié)作用，將PET薄膜壓合在石墨烯表面，形成物料帶1。采用反轉(zhuǎn)電動機的方式將物料帶1卷繞在送料輥2表面，然后將物料帶分開，依次穿過負極3、傳動輥4、清洗裝置8、干燥裝置9、張力調(diào)節(jié)輥10，分別將銅箔和PET薄膜卷繞在收料輥Ⅰ11和收料輥Ⅱ12的表面。

轉(zhuǎn)移過程中，開啟送料輥2和收料輥(收料輥Ⅰ11、收料輥Ⅱ12)，使物料帶以1～10cm/min的速度傳送。同時，采用恒流模式在負極3和正極5上施加1安培的電流，對浸泡在電解液7中的物料帶部分進行電解鼓泡剝離。電解液為1mol/L的NaOH水溶液，使用的容器為電解槽6，電解過程的操作溫度在15～35℃。開啟噴淋清洗8和干燥裝置9，分別對剝離開的銅箔和單層石墨烯/PET薄膜進行清洗和干燥。清洗液為去離子水，干燥裝置的溫度設定為60℃。干燥后的銅箔卷繞在收料輥Ⅰ11的表面，可用于再次CVD生長石墨烯。單層石墨烯/PET薄膜卷繞在收料輥Ⅱ12的表面，從而完成石墨烯的轉(zhuǎn)移。為了轉(zhuǎn)移多層石墨烯，采用單層石墨烯/PET作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，壓合在石墨烯/銅箔表面，重復上述轉(zhuǎn)移過程即可獲得特定層數(shù)的多層石墨烯薄膜。

實施例2：

與實施例1不同之處在于，本實施例中，卷對卷連續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯的方法如下：采用熱釋放膠帶作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，并在干燥裝置9與收料輥Ⅱ12之間加裝熱輥壓機14。轉(zhuǎn)移過程中，將得到的“石墨烯/熱釋放膠帶”復合膜烘干后，首先經(jīng)過熱輥壓機14，在120℃和0.1MPa條件下將石墨烯再轉(zhuǎn)移到玻璃表面，剩余的熱釋放膠帶卷繞到收料輥12的表面。

實施例結(jié)果表明，本發(fā)明連續(xù)轉(zhuǎn)移大面積石墨烯的裝置，基于氣體鼓泡插層原理轉(zhuǎn)移石墨烯，并利用卷對卷技術(shù)實現(xiàn)連續(xù)化的轉(zhuǎn)移，具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)移效率高和轉(zhuǎn)移成本低的突出特點。