[发明专利]一种卷状生长石墨烯的夹具以及卷状生长石墨烯制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯制备装置技术领域，尤其涉及一种卷状生长石墨烯的夹具以及卷状生长石墨烯制备方法。

背景技术

石墨烯是单个碳原子层厚的二维新材料，在力学、热学、光学、电学等方面均具有十分优异的性质，如超高的机械强度、良好的导热性、宽谱段高透明度和超强的导电性等。石墨烯独特的物理性质决定了其广阔的应用前景，引发了国际学术界和工业界的研究热潮。将其应用于柔性透明电极，则器件的透光率更强、导电性更好、功耗更低，有望取代目前市场主导的ITO透明电极，广泛应用于柔性显示及触摸屏等光电设备。石墨烯用于制造光子传感器和光电探测器，灵敏度可比同类探测器提高几个数量级。石墨烯还可作为下一代纳米电子集成器件的基本材料，使器件运行速度高达500GHz，且能耗比现有器件显著降低。此外，石墨烯还在医疗等其它方面也能发挥重要的作用。

经过近几年的广泛研究，化学气相沉积法(CVD)是制备石墨烯薄膜最有前景的方法之一。CVD法是在真空容器中将甲烷等碳源加热至特定温度使其分解，然后在Ni、Cu等过渡金属箔上形成石墨烯膜的技术。然而，快速、规模化制备大面积、高质量石墨烯的方法一直没有取得突破，极大的限制了石墨烯制备的效率和产量，阻碍了其进一步的产业化发展。因为CVD制备高质量的石墨烯通常需要在石墨烯生长衬底熔点(1000度左右)进行，金属生长衬底在此高温下彼此之间会发生粘合，这就限制了单次制备石墨烯的量。虽然韩国成均馆大学可以一次制备对角线达15英寸的石墨烯薄膜，但其采用直径为8英寸的管式炉，并将石墨烯生长衬底铺满整体炉管内壁获得，其余生长空间并没有被合理利用，不仅单生长批次制备的数量少，而且还造成资源浪费。近期，日本索尼采用电极加热生长衬底的办法实现了卷对卷生长石墨烯，但由于是局部加热且温度较低，制备出的石墨烯质量差，不能满足应用需求。

将石墨烯生长衬底卷成一卷生长，既保证了石墨烯薄膜的质量，又可以在有限的生长空间里提高石墨烯薄膜的产量。虽然，已有人提出通过设计支架将石墨烯生长衬底卷绕起来生长(申请号：201110442121.8)，但夹具本身加工困难，加工成本高，而且夹具自身重量重，在真空、高温(1000度左右)的环境下，极易导致生长腔室形变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种卷状生长石墨烯的夹具以及卷状生长石墨烯制备方法，所采用的夹具结构简单、轻便，操作方便，提高了卷状的生长石墨烯的重量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种卷状生长石墨烯的夹具，包括中心固定杆和两个由螺旋支撑壁间隔卷绕而成的螺旋支撑架，两个所述螺旋支撑架分别套在所述中心固定杆的两端，所述螺旋支撑架的内圈与所述中心固定杆的外表面铆合。

进一步，所述中心固定杆为实心杆或空心杆。

进一步，所述中心固定杆的材质为石英、陶瓷、碳纤维、表面镀陶瓷金属杆中的一种或多种组合。

进一步，所述螺旋支撑架的材质为为石英、陶瓷、碳纤维、表面镀陶瓷金属杆中的一种或多种组合。

进一步，所述螺旋支撑壁的厚度均相同或由内圈向外圈逐渐变薄。

进一步，所述螺旋支撑壁的厚度为0.1mm-100mm。

进一步，所述螺旋支撑壁的厚度为5mm-15mm。

一种卷状生长石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将石墨烯生长衬底以所述螺旋支撑架的卷绕方向卷绕在所述中心固定杆外、两个所述螺旋支撑架之间，该卷状石墨烯的夹具装样简单、灵活。装载石墨烯生长基底时，可以沿着按螺旋支撑壁的卷绕方向将石墨烯生长基底卷绕在所述中心固定杆外、两个所述螺旋支撑架之间；也可以将螺旋支撑壁从中心固定杆取下，再将石墨烯生长基底以螺旋支撑壁卷绕周期卷绕在一起，然后将螺旋支撑臂分别从卷绕石墨烯生长基底的两端插入，最后将中心固定杆从螺旋支撑臂的中心插入，并将螺旋支撑架的内圈与中心固定杆的外表面铆合；

步骤二，将卷绕了石墨烯生长衬底的夹具放置于石墨烯生长装置中，采用化学气相沉积法制备石墨烯薄膜；

步骤三，待石墨烯生长完后将夹具从石墨烯生长装置中取出，然后分别取下螺旋支撑架和中心固定杆，即得卷状生长石墨烯。

进一步，所述步骤一中的所述石墨烯生长衬底为材质为铜、镍、铁、钴、铂、钌中的一种或它们之间任意几种组合组成的合金的箔材。

进一步，所述步骤一中的所述石墨烯生长的厚度为10-200微米。