[实用新型]一种生长石墨烯的支架、支架组件和石墨烯薄膜生长组件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生长石墨烯的支架，更具体而言，涉及用于石墨烯生长的支架、支架组件、石墨烯薄膜生长组件。

背景技术

石墨烯具有优异的机械、光学、热学、电学和磁学性能，有望在高性能纳米电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、能量储存等领域获得广泛应用，近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理领域的研究热点之一。

2008年，美国科研人员发现用化学气相沉积法(CVD法)能在铜和镍基底上成功生长出大尺寸的石墨烯薄膜，从而使得石墨烯的大规模生产成为可能。

CVD生长过程如图1所示：将铜箔基底1置于圆形石英玻璃炉管2中，在氩气和氢气环境下在1000℃退火处理1.5小时(上下箭头方向表示加热，左右箭头方向表示气流方向)；然后通入甲烷3，进行碳分解，生长时间约为20分钟。在生长过程中，第一步，通过气体流量和压力来控制石墨烯的成核密度，第二步，再加大气体流量来获得连续均匀的高质量的单层石墨烯，气相沉积在铜箔基底两面同时发生。

在将生长有石墨烯薄膜4和4’的铜箔1取出后，如图2所示，在正面的石墨烯薄膜4的表面涂敷聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)背胶保护层5。由于石墨烯薄膜厚度只有1个原子层(约0.35纳米)，如果没有均匀的力学支撑，在表面张力的存在下，石墨烯薄膜本身会坍塌或收缩团聚成一个微小颗粒。因此，通常在石墨烯背面会用PMMA背胶保护，防止在铜箔腐蚀后石墨烯薄膜失去支撑而变成颗粒状。通过氧等离子体刻蚀，除去铜箔背面不需要的石墨烯4’从而使得铜衬底1暴露出来，然后在特定溶液6(例如Fe(NO₃)₃)中腐蚀铜箔1。

在铜基底材料1被腐蚀完并清洗后，由于溶液6的表面张力，薄膜会张开平铺于溶液表面，然后用特定基底材料7从溶液中捞起，将薄膜贴敷在基底表面。通过范德华作用力，使薄膜与基底材料紧密粘贴在一起。然后通过丙酮除去PMMA层，获得粘贴在目标基底材料7上的石墨烯薄膜。

然而，在CVD石墨烯薄膜生长过程中，由于加热控温设备的加热空间有限，限制了一次性生长的石墨烯薄膜的大小和数量；而使用超大型的加热控温设备又必将带来加热区域的温度均匀性的问题以及更高的固定设备成本，极大地限制了石墨烯薄膜的大规模生产。

实用新型内容

为改善现有技术中存在的一个或多个上述问题而作出本实用新型。

本实用新型提供了一种用于石墨烯薄膜生长的支架，所述支架具有以预定间隔卷绕的卷绕结构，所述卷绕结构具有内表面S1和与之相对的外表面S2、内边缘E1和外边缘E2，并围绕内边缘E1卷绕一周以上以形成一层以上的结构，所述卷绕结构整体呈圆柱形。

本实用新型还提供了一种支架组件，包括本实用新型的支架和一个底托，所述底托用于托起所述支架。

另外，本实用新型还提供一种石墨烯薄膜生长组件，包括本实用新型的支架组件和一个加热炉管，其中所述支架组件中的支架能够置于底托上从而整体置于所述炉管内，使得所述支架与所述炉管同心。

本实用新型的支架、支架组件和石墨烯薄膜生长组件可增加在有限加热炉管空间内一次性生长的石墨烯薄膜的表面积，从而节约设备和操作成本。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为CVD生长设备原理图；

图2为转片工艺流程图；

图3为本实用新型的一个实施方案的支架的立体示意图；

图4为本实用新型的一个实施方案的支架置于石墨烯薄膜生长设备内的剖视图。

其中在图4中各编号所指含义如下：

8.支架，

9.托架，

10.加热炉管。

具体实施方式

本实用新型用于石墨烯薄膜生长的支架具有以预定间隔卷绕的卷绕结构，所述卷绕结构具有内表面S1和与之相对的外表面S2、内边缘E1和外边缘E2，并围绕内边缘E1卷绕一周以上以形成一层以上的结构，所述卷绕结构整体呈圆柱形。

在一个优选实施方案中，所述卷绕结构的内表面和/或外表面光滑且完整。

在一个优选实施方案中，本实用新型支架的卷绕结构具有一层或多层，优选具有2-15层，更优选具有3-10层，最优选具有4-8层。所述层数以支架卷绕结构的最大层数计。

在一个优选实施方案中，本实用新型支架的卷绕结构的层厚为0.3-5mm，优选0.5-3mm，更优选1-2mm。