一种石墨烯复合薄膜制备装置及其制备方法与流程

1.本发明涉及的一种薄膜制备装置及方法，特别是涉及应用于石墨烯加工技术领域的一种石墨烯复合薄膜制备装置及其制备方法。


背景技术：

2.石墨烯膜兼具高导热性和超柔性的材料的问世，对柔软电子器件的发展意义重大，从航空航天到智能手机，这种新型石墨烯膜展现出令人振奋的应用远景，cvd是使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法，传统的气相沉积制备方式需要在炉管中预先放入石墨烯膜生长所需基底，但是炉管内部空间较小，金属基底存取不方便。
3.中国发明专利cn202210940528.1说明书公开了《一种大晶畴尺寸的石墨烯薄膜制备装置》，该专利主体设置有两组芯轴，两组芯轴外活动套设有基底绕卷轴，基底绕卷轴的两端面设置有固定基底的压片，驱动部件与基底固定部件连接；本发明提出一种大晶畴尺寸的石墨烯薄膜制备装置，其目的是在保证成膜质量的前提下，制备出更大晶畴尺寸的石墨烯薄膜。
4.两个基底绕卷轴虽然能将大面积的金属基底压片循序展开，但是展开的金属基底压片能直接用于石墨烯薄膜生长的面积较小，造成石墨烯薄膜生长制备效率低下。
5.申请内容
6.针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是大面积的石墨烯薄膜制备效率低下。
7.为解决上述问题，本发明提供了一种石墨烯复合薄膜制备装置及其制备方法，包括机体，机体的中部固定贯穿有炉管，炉管的中部开设有存取口，存取口的底部滑动连接有存取平台板，存取平台板的顶部滑动连接有密封堵块，密封堵块与存取口对应堵塞；存取平台板伸入存取口内的一端固定连接有圆弧延伸板，且圆弧延伸板与炉管内壁紧贴对应，在圆弧延伸板的表面开设有定位滑槽，且定位滑槽的底端延伸至存取平台板表面，密封堵块的内端顶部固定连接有弹性基底片，弹性基底片的表面贴附有金属基底膜，弹性基底片的底端固定连接有滑动锚块，滑动锚块与定位滑槽滑动连接。
8.在上述石墨烯复合薄膜制备装置中，实现大面积的石墨烯薄膜直接在弯曲的基底上直接生长，有效提高石墨烯薄膜的制备效率。
9.作为本技术的进一步改进，弹性基底片的宽度大于炉管的内径，且弹性基底片呈弧形弯曲状设置，弹性基底片由铍铜材料制成，铍铜材料制成的弹性基底片具有优良的机械性能，弹性基底片呈圆弧弯曲状存入炉管，有效提高石墨烯薄膜的制备面积。
10.作为本技术的再进一步改进，机体的中部固定连接有延伸支架，延伸支架与存取口水平对应，存取平台板与延伸支架滑动连接，存取平台板通过在延伸支架上滑动，实现存取平台板的完全取出，便于弹性基底片的替换操作。
11.作为本技术的又一种改进，弹性基底片呈漩涡状设置，弹性基底片的螺旋内端固定连接有组装管，漩涡状的弹性基底片相较于弧形弯曲状的弹性基底片面积更大，适合制
备面积更大的石墨烯薄膜，组装管便于弹性基底片螺旋内端的安装。
12.作为本技术的又一种改进的补充，漩涡状弹性基底片的两端均固定连接有定型模边，定型模边由弹性金属丝制成，定型模边的表面关于螺旋中心自内而外等距固定包覆有多个定型包片，定型包片由高硬度金属材料制成，且多个定型包片的长度关于漩涡中心自内而外依次增长设置，利用定型模边配合定型包片对弹性基底片进行漩涡状态定型，保持弹性基底片每层螺圈的间距相等，便于石墨烯薄膜在弹性基底片上生长。
13.作为本技术的再一种改进，圆弧延伸板的一端顶部固定连接有支脚架，支脚架的顶部固定连接有固定轴，固定轴与组装管套接，将弹性基底片螺旋内端的组装管直接套设在固定轴上，便于漩涡状圆弧延伸板的安装固定。
14.作为本技术的再一种改进的补充，炉管的两端分别固定连接有进气端和出气端，进气端位于远离支脚架的一侧，有效避免支脚架影响进气端的碳源气体进入。
15.作为本技术的再一种改进的补充，进气端的中部活动插接有导气管，导气管的一端固定连接有分流球囊，分流球囊表面固定连接有多个布气管，布气管与弹性基底片平行对应，布气管表面均匀开设有出气孔，利用分流球囊上的布气管与弹性基底片穿插结合，便于碳源气体直接作用到弹性基底片表面，有效提高石墨烯薄膜的生长效率。
16.一种石墨烯复合薄膜制备方法：
17.步骤一：石墨烯薄膜制备前预备时，选择适合薄膜尺寸的弹性基底片，在弹性基底片上贴附金属基底膜，再将弹性基底片的顶端固定在密封堵块上，弹性基底片的底端固定安装在滑动锚块上；
18.步骤二：推动存取平台板和密封堵块对存取口进行封闭，密封堵块与圆弧延伸板顶端之间距离缩短，将原本平整的弹性基底片压弯放入炉管；
19.步骤三：石墨烯薄膜制备过程中，向炉管内充入碳源气体、氢气和氩气，碳源气体发生前驱体反应形成前驱体，前驱体吸附在金属基底膜表面并在扩散中发生表面化学反应形成碳原子，碳原子聚集成为连续的石墨烯薄膜；
20.步骤四：拉动存取平台板和密封堵块，密封堵块将弹性基底片重新拉直并拆卸取下，安装新的弹性基底片，重复步骤二和步骤三的操作制备新的石墨烯薄膜。
21.综上，本方案通过在弹性基底片表面贴附金属基底膜，实现为石墨烯薄膜的生长提供金属基质，利用圆弧延伸板与密封堵块将弹性基底片挤压弯曲，实现将大面积的弹性基底片通过存取口实现从侧面放入炉管内，便于弹性基底片的存取替换的同时，有利于大面积的石墨烯薄膜的制备，还可选用面积更大的漩涡状设置的弹性基底片，配合布气管将碳源气体均匀分散到弹性基底片每层螺旋面，有利于更大面积的石墨烯薄膜的制备，提高石墨烯薄膜的制备效率。
附图说明
22.图1为本技术第一种实施方式的立体结构图；
23.图2为本技术第一种实施方式的侧视剖面图；
24.图3为本技术第一种实施方式圆弧弯曲状弹性基底片的侧视剖面图；
25.图4为本技术第一种实施方式拉动存取平台板取出密封堵块的演示图；
26.图5为本技术第一种实施方式密封堵块滑动拉直弹性基底片的演示图；
27.图6为本技术第一种实施方式圆弧状弹性基底片的立体结构图；
28.图7为本技术第二种实施方式安装漩涡状弹性基底片的存取平台板的左视立体结构图；
29.图8为本技术第二种实施方式安装漩涡状弹性基底片的存取平台板的右视立体结构图；
30.图9为本技术第二种实施方式漩涡状弹性基底片的侧视剖面图；
31.图10为本技术第二种实施方式圆弧弯曲状弹性基底片的立体结构图。
32.图中标号说明：
33.1、机体；101、炉管；102、延伸支架；103、进气端；104、出气端；2、存取口；201、存取平台板；202、密封堵块；3、圆弧延伸板；301、定位滑槽；302、弹性基底片；303、金属基底膜；304、滑动锚块；305、组装管；4、定型模边；401、定型包片；5、支脚架；501、固定轴；6、导气管；601、分流球囊；602、布气管。
具体实施方式
34.下面结合附图对本技术的两种实施方式作详细说明。
35.第一种实施方式：
36.图1-4示出，包括机体1，机体1的中部固定贯穿有炉管101，炉管101的中部开设有存取口2，炉管101与存取口2组成t形结构，便于石墨烯薄膜的制备存取操作在炉管101的侧面进行，存取口2的底部滑动连接有存取平台板201，存取平台板201的顶部滑动连接有密封堵块202，密封堵块202与存取口2对应堵塞，滑动的密封堵块202便于存取口2的堵塞操作，机体1的中部固定连接有延伸支架102，延伸支架102与存取口2水平对应，存取平台板201与延伸支架102滑动连接，存取平台板201通过在延伸支架102上滑动，实现存取平台板201的完全取出，如图4所示，便于弹性基底片302的替换操作；
37.在进行石墨烯薄膜制备过程中，工作人员处在炉管101侧面的存取口2位置进行操作，通过推拉密封堵块202，实现存取口2的开启与关闭，有效降低对炉管101的密封操作，进而有效天宫石墨烯薄膜制备效率。
38.图3-6示出，存取平台板201伸入存取口2内的一端固定连接有圆弧延伸板3，且圆弧延伸板3与炉管101内壁紧贴对应，存圆弧延伸板3的表面开设有定位滑槽301，且定位滑槽301的底端延伸至存取平台板201表面，密封堵块202的内端顶部固定连接有弹性基底片302，弹性基底片302的宽度大于炉管101的内径，且弹性基底片302呈弧形弯曲状设置，铍铜材料制成的弹性基底片302具有优良的机械性能，弹性基底片302呈圆弧弯曲状存入炉管101，有效提高石墨烯薄膜的制备面积，弹性基底片302的表面贴附有金属基底膜303，碳源气体发生前驱体反应的前驱体吸附在金属基底膜303表面并在扩散中发生表面化学反应形成碳原子，碳原子聚集成在金属基底膜303表面形成连续的石墨烯薄膜，弹性基底片302的底端固定连接有滑动锚块304，滑动锚块304与定位滑槽301滑动连接，利用滑动锚块304实现弹性基底片302底端滑动安装，在滑动锚块304滑动到定位滑槽301的最顶端时，限制弹性基底片302的底端位置，从而配合密封堵块202将弹性基底片302压弯；
39.在弹性基底片302上贴附金属基底膜303，再将弹性基底片302的顶端固定在密封堵块202上，弹性基底片302的底端固定安装在滑动锚块304上，推动存取平台板201和密封
堵块202对存取口2进行封闭，弹性基底片302底端的滑动锚块304沿着定位滑槽301滑动到圆弧延伸板3的顶端，限制弹性基底片302的底端位置，将原本平整的弹性基底片302压弯放入炉管101，如图5所示，有利于大面积的石墨烯薄膜的制备，进而提高石墨烯薄膜的制备效率。
40.第二种实施方式：
41.相较于第一种实施方式改变原有的圆弧状弹性基底片302为漩涡状的弹性基底片302，以及漩涡状的弹性基底片302的配套结构，具体新增内容如下，其余部分与第一种实施方式一致。
42.图7-9示出，弹性基底片302呈漩涡状设置，漩涡状弹性基底片302的相较于圆弧状的弹性基底片302面积更大，能够制备更大面积的石墨烯薄膜，弹性基底片302的螺旋内端固定连接有组装管305，组装管305便于弹性基底片302螺旋内端的安装，圆弧延伸板3的一端顶部固定连接有支脚架5，支脚架5的顶部固定连接有固定轴501，固定轴501与组装管305套接，将弹性基底片302螺旋内端的组装管305直接套设在固定轴501上，便于漩涡状圆弧延伸板3的安装固定，炉管101的两端分别固定连接有进气端103和出气端104，进气端103位于远离支脚架的一侧5，有效避免支脚架5影响进气端103的碳源气体进入，进气端103的中部活动插接有导气管6，导气管6的一端固定连接有分流球囊601，分流球囊601表面固定连接有多个布气管602，布气管602与弹性基底片302平行对应，布气管602表面均匀开设有出气孔，利用分流球囊601上的布气管602与弹性基底片302穿插结合，便于碳源气体直接作用到弹性基底片302表面，有效提高石墨烯薄膜的生长效率；
43.在进行更大面积的石墨烯薄膜制备时，选择安装漩涡状的弹性基底片302代替原本的圆弧状的弹性基底片302，将弹性基底片302螺旋内端的组装管305直接套设在固定轴501上，弹性基底片302的螺旋外端固定在密封堵块202上，碳原子聚集成在漩涡状的金属基底膜303表面形成连续的石墨烯薄膜，有利于大面积的石墨烯薄膜的制备，进而提高石墨烯薄膜的制备效率，进气端103的导气管6向炉管101内伸入，将分流球囊601上的布气管602与弹性基底片302穿插结合，便于碳源气体直接作用到弹性基底片302表面，有效提高石墨烯薄膜的生长效率。
44.图10示出，漩涡状弹性基底片302的两端均固定连接有定型模边4，定型模边4由弹性金属丝制成，利用弹性金属丝制成的定型模边4对弹性基底片302的漩涡状态进行定型，定型模边4的表面关于螺旋中心自内而外等距固定包覆有多个定型包片401，定型包片401由高硬度金属材料制成，高且多个定型包片401的长度关于漩涡中心自内而外依次增长设置，硬度金属材料制成的定型包片401不易变形，定型包片401依次增长的设置，实现弹性基底片302的螺圈直径依次增大，保持弹性基底片302每层螺圈的间距相等，便于石墨烯薄膜在弹性基底片302上生长；
45.在漩涡状的弹性基底片302安装到固定轴501与密封堵块202之间后，推拉密封堵块202对存取口2进行封堵，漩涡状的弹性基底片302利用定型模边4的弹力，以固定轴501进行螺旋收卷，同时利用定型包片401对螺旋收卷进行限制，使弹性基底片302的螺圈直径依次增大，保持弹性基底片302每层螺圈的间距相等，有效避免弹性基底片302螺圈之间的摩擦，为金属基底膜303提供保护，同时便于碳原子在金属基底膜303表面聚集形成连续的石墨烯薄膜。
46.本实施方式通过安装面积更大的漩涡状弹性基底片302代替第一种实施方式中的圆弧状弹性基底片302，有利于大面积的石墨烯薄膜的制备，同时与之配套的导气管6，将分流球囊601上的布气管602与弹性基底片302穿插结合，便于碳源气体直接作用到弹性基底片302表面，以提高石墨烯薄膜生长效率的方式，提高石墨烯薄膜的制备效率。
47.结合当前实际需求，本技术采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本技术构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种石墨烯复合薄膜制备装置，其特征在于：包括机体(1)，所述机体(1)的中部固定贯穿有炉管(101)，所述炉管(101)的中部开设有存取口(2)，所述存取口(2)的底部滑动连接有存取平台板(201)，所述存取平台板(201)的顶部滑动连接有密封堵块(202)，所述密封堵块(202)与存取口(2)对应堵塞；所述存取平台板(201)伸入存取口(2)内的一端固定连接有圆弧延伸板(3)，且圆弧延伸板(3)与炉管(101)内壁紧贴对应，所述存圆弧延伸板(3)的表面开设有定位滑槽(301)，且定位滑槽(301)的底端延伸至存取平台板(201)表面，所述密封堵块(202)的内端顶部固定连接有弹性基底片(302)，所述弹性基底片(302)的表面贴附有金属基底膜(303)，所述弹性基底片(302)的底端固定连接有滑动锚块(304)，所述滑动锚块(304)与定位滑槽(301)滑动连接。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合薄膜制备装置，其特征在于：所述弹性基底片(302)的宽度大于炉管(101)的内径，且弹性基底片(302)呈弧形弯曲状设置，所述弹性基底片(302)由铍铜材料制成。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合薄膜制备装置，其特征在于：所述机体(1)的中部固定连接有延伸支架(102)，所述延伸支架(102)与存取口(2)水平对应，所述存取平台板(201)与延伸支架(102)滑动连接。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合薄膜制备装置，其特征在于：所述弹性基底片(302)呈漩涡状设置，所述弹性基底片(302)的螺旋内端固定连接有组装管(305)。5.根据权利要求4所述的一种石墨烯复合薄膜制备装置，其特征在于：所述漩涡状弹性基底片(302)的两端均固定连接有定型模边(4)，所述定型模边(4)由弹性金属丝制成，所述定型模边(4)的表面关于螺旋中心自内而外等距固定包覆有多个定型包片(401)，所述定型包片(401)由高硬度金属材料制成，且多个定型包片(401)的长度关于定型模边(4)的漩涡中心自内而外依次增长设置。6.根据权利要求4所述的一种石墨烯复合薄膜制备装置，其特征在于：所述圆弧延伸板(3)的一端顶部固定连接有支脚架(5)，所述支脚架(5)的顶部固定连接有固定轴(501)，所述固定轴(501)与组装管(305)套接。7.根据权利要求6所述的一种石墨烯复合薄膜制备装置，其特征在于：所述炉管(101)的两端分别固定连接有进气端(103)和出气端(104)，所述进气端(103)位于远离支脚架的一侧(5)。8.根据权利要求7所述的一种石墨烯复合薄膜制备装置，其特征在于：所述进气端(103)的中部活动插接有导气管(6)，所述导气管(6)的一端固定连接有分流球囊(601)，所述分流球囊(601)表面固定连接有多个布气管(602)，所述布气管(602)与弹性基底片(302)平行对应，所述布气管(602)表面均匀开设有出气孔。9.根据权利要求8所述的一种石墨烯复合薄膜制备方法，其特征在于：步骤一：石墨烯薄膜制备前预备时，选择适合薄膜尺寸的弹性基底片(302)，在弹性基底片(302)上贴附金属基底膜(303)，再将弹性基底片(302)的顶端固定在密封堵块(202)上，弹性基底片(302)的底端固定安装在滑动锚块(304)上；步骤二：推动存取平台板(201)和密封堵块(202)对存取口(2)进行封闭，密封堵块(202)与圆弧延伸板(3)顶端之间距离缩短，将原本平整的弹性基底片(302)压弯放入炉管
(101)；步骤三：石墨烯薄膜制备过程中，向炉管(101)内充入碳源气体、氢气和氩气，碳源气体发生前驱体反应形成前驱体，前驱体吸附在金属基底膜(303)表面并在扩散中发生表面化学反应形成碳原子，碳原子聚集成为连续的石墨烯薄膜；步骤四：拉动存取平台板(201)和密封堵块(202)，密封堵块(202)将弹性基底片(302)重新拉直并拆卸取下，安装新的弹性基底片(302)，重复步骤二和步骤三的操作制备新的石墨烯薄膜。

技术总结
本发明涉及一种石墨烯复合薄膜制备装置及其制备方法，包括机体、炉管、存取口、存取平台板、密封堵块、圆弧延伸板、定位滑槽、弹性基底片、金属基底膜和滑动锚块，采用上述圆弧延伸板和弹性基底片结构，实现通过在弹性基底片表面贴附金属基底膜，为石墨烯薄膜的生长提供金属基质，利用圆弧延伸板与密封堵块将弹性基底片挤压弯曲，实现将大面积的弹性基底片通过存取口实现从侧面放入炉管内，便于弹性基底片的存取替换的同时，有利于大面积的石墨烯薄膜的制备，有效提高石墨烯薄膜的制备效率。有效提高石墨烯薄膜的制备效率。


技术研发人员：陶勇
受保护的技术使用者：陶勇
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15