[发明专利]大面积石墨烯制备设备

说明书

与本发明相关的大面积石墨烯制备设备包含如下部分：主机部；安装在上述主机部的上部，一侧与进气口相连，另一侧与真空单元相连的炉(chamber)；安装在上述炉(chamber)的上部的第1加热器；安装在上述炉的下部的第2加热器；以及可包裹住上述炉、上述第1加热器以及上述第2加热器，且与上述真空单元相连，使上述炉的周围形成真空的真空罩。

技术领域

本发明是关于大面积石墨烯制备设备的发明。

背景技术

石墨烯(Graphene)是仅由碳元素合成的同素体，该物质虽然薄却具有很高的电、热传导性，虽然硬却具有优异的柔韧性。为了把石墨烯应用于各类产业或研究领域中，其关键是大量制造品质优异的石墨烯且能控制其物质属性的技术。

在初期合成石墨烯时，是采用top-down方式的机械式剥离法(mechanicalexfoliation)从石墨中分离并提取石墨烯。其后，合成具有一定品质的大面积石墨烯成为研发的目标，bottom-up方式的化学合成法、CVD(Chemical Vapor Deposition)合成法、Epitaxy合成法等各类合成方法竞相发布。其中，采用CVD合成法的石墨烯大面积合成方法因使石墨烯研究进程提速而备受瞩目。

比较有名的一种采用CVD合成法的石墨烯合成方法是：首先把吸附了镍(Ni)、铜(Cu)、铂(Pt)等之类的碳素的过渡金属作为催化层准备好，然后在1000℃以上的高温中适量注入作为碳源的甲烷(CH4)、氢气(H2)和氩气(Ar)的混合气体。在高温中注入的混合气体中，碳素与催化层发生反应并快速冷却，碳素从催化层掉落，在其表面生成石墨烯。其后，运用蚀刻溶液把催化层或支持层分离，将其移至所需要的对象基板上。这种CVD合成法也被称为PE-CVD(Plasma Enhanced CVD)、ICP-CVD(Inductivity Coupled Plasma CVD)、LP-CVD(Low Pressure CVD)等多种合成法。

相关先行文献：

韩国公开专利第2016-0104431号(2016.09.05公开)；

韩国公开专利第2014-0000473号(2014.01.03公开)。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种可在研究室或者实验室等各类领域中使用、基于化学沉积(CVD)方法的大面积石墨烯制备设备。

与本发明相关的另一个目的在于，通过实现炉的双重真空环境，最大程度降低真空泄漏。

与本发明相关的另一个目的在于，该装置的结构可调节加热器的加热温度、区域和位置，故而由此可以便于改变对象的种类或者石墨烯的合成条件。

与本发明相关的大面积石墨烯制备设备包含如下部分：主机部；安装在上述主机部的上部，一侧可与气体进气口相连，另一侧可与真空单元相连的炉(chamber)；安装在上述炉(chamber)的上部的第1加热器；安装在上述炉的下部的第2加热器；以及可包裹住上述第1加热器以及上述第2加热器，且与上述真空单元相连，使上述炉的周围形成真空的真空罩。

作为与本发明相关的一个例子，上述大面积石墨烯制备设备可能还包含如下部分：可调节上述第1加热器与上述炉(chamber)的相对位置的第1加热器驱动单元；以及可调节上述第2加热器与上述炉(chamber)的相对位置的第2加热器驱动单元，其中第1加热器驱动单元与第2加热器驱动单元可以相互独立地进行调节。

作为与本发明相关的一个例子，上述第1加热器驱动单元还可包括如下部分：第1驱动电机；依托上述第1驱动电机进行旋转的第1副齿轮；向纵向延长，依托上述第1副齿轮进行升降的第1齿杆(rack bar)；与上述第1齿杆的支座相连，用于固定上述第1加热器的第1加热器支撑部；以及包裹住上述第1齿杆，使上述第1齿杆的周围维持真空的第1抽吸泵。