[发明专利]石墨烯电磁线圈的CVD成膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯电磁线圈的制备。尤其涉及石墨烯电磁线圈的CVD成膜方法。

背景技术

传统的电磁线圈主要采用纯铜(无氧铜)做成圆导线，导线外面涂覆绝缘漆制成漆包线， 用这种漆包线缠绕成线圈，铜漆包线伴随着电磁线圈的应用一直延续到今天。人们日常接触 的材料中，银的导电、导热性能均优于铜，从性能方面考虑，银替代铜是可以获得更好的技 术性能。但是，由于两种金属的价格和产量都决定了银是不可能替代铜做为漆包线应用的。

石墨烯的出现，为实现性价比更优的“漆包线”提供了可能。石墨烯是迄今为止导电性 和导热性最好的材料，同时也是最薄的材料。制备石墨烯的原料是石墨，石墨的储量和价格 为石墨烯的大规模应用奠定了坚实的基础。虽然目前石墨烯的价格还高的惊人，不具备大规 模应用的可能，但是随着制备技术的不断进步和石墨烯材料的大面积应用，石墨烯的价格必 定会呈雪崩式的跌落至低于无氧铜的价格。

化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition——CVD)是用来制造拥有很高强度的高 纯度固体材料的专业方法。

扁平导线技术和平面线圈技术在电磁线圈中的成功应用，为石墨烯导入电磁线圈的应用 奠定了工艺基础。

发明内容

根据电磁线圈的具体应用要求，选择合适的基底材料(这些材料可以是镍、铜、二氧化 硅、PET中的一种或两种以上的组合)；将基底材料按需要加工成合适的形状，例如圆形、 矩形、多边形；根据所用石墨烯的亲/疏水性，选择与其性能相反的疏/亲水涂料，在基底材料 的表面丝印与线圈图形相反的图案——线圈的绝缘空间；将制作好的基底材料置于CVD反应 室内，进行CVD成膜；根据CVD反应的实际工况和对石墨烯膜层厚度的要求，控制反应时 间，得到满足设计要求的石墨烯膜；去除涂料；采用导电性能良好的金属(铜或银)在制作 完成的石墨烯线圈的两个端点制作接线端子，形成完整的石墨烯线圈。

本发明所采用的CVD工艺可以是以下CVD方法中的一种或两种及以上的组合：低压 CVD——LPCVD，常压CVD——APCVD，亚常压CVD——SACVD，超高真空CVD—— UHCVD，等离子体增强CVD——PECVD，高密度等离子体CVD——HDPCVD以及快热 CVD——RTCVD，金属有机物CVD——MOCVD。

CVD制膜反应过程的控制：

(a)CVD反应为表面反应限制时，反应速率写成：

沉积速率＝K_r·C_g

＝K₀exp(-E_a/kT)C_g

其中K₀为常数，E_a为表面化学反应进行所需之活化能量，此反应主要是因为温度不够 高，反应物无法得到足够能量。

(b)CVD反应为扩散限制时，反应速率写成：

沉积速率＝D·C_g/δ

＝D₀exp(-E_d/kT)C_g/δ

其中D₀为扩散常数，E_d为气体分子进行扩散所需之能量。此反应主要是因为反应速率 太快，通常发生在高温。

附图说明

图1(a)：矩形石墨烯线圈示意图

1-1——基底材料；

1-2——石墨烯线圈；

1-3——接线端子。

图1(b)：圆形石墨烯线圈示意图

1-1——基底材料；

1-2——石墨烯线圈；

1-3——接线端子；

1-4——线圈绝缘区。

图2：CVD原理示意图

2-1——反应气体进入通道；

2-2——层流区；

2-3——界面层；

2-4——机座；

2-5——线圈基底材料。

图3：CVD生产过程示意图

2-1——反应气体进入通道；

3-1——反应气体；

3-2——运送气体；

3-3——反应分子；

3-4——吸附；

3-5——分解；