[发明专利]一种电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜的装置

说明书

一种电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜的装置，包括真空室及设于真空室顶部的电子枪，真空室的内部设有工作台，工作台上设有绝缘板，绝缘板上设有金属基板，金属基板上设有碳聚合物薄膜；碳聚合物薄膜外侧至真空室内侧顶部的电子束流输出口的区域笼罩有碳粉吸附罩，碳粉吸附罩包括内层和外层，内层和外层之间设有多个绝缘陶瓷块，内层接地，外层与第一直流电源电性连接，以使内层和外层之间形成第一吸附静电场，该第一吸附静电场用于吸附电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜过程中产生的碳粉。本发明通过碳粉吸附罩可以最大限度吸附加工过程产生的碳粉，有效防止加工过程产生的碳粉对电子枪和真空室的污染，提高设备的使用寿命。

技术领域

本发明涉及石墨烯晶体薄膜制备技术领域，特别是涉及一种电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜的装置。

背景技术

石墨烯粉体、石墨烯晶体薄膜是目前得到行业领域公认的两种石墨烯。当前，石墨烯粉体的生产装置和工艺技术日趋成熟，但是石墨烯晶体薄膜的制备技术尚处于实验室阶段。与石墨烯粉体相比，石墨烯晶体薄膜在各行业领域应用的优越性更加明显。在航空航天领域，基于石墨烯晶体薄膜的导线可以代替金属导线，或者按照导线布局直接在聚酰亚胺基底的复合材料上制备出来，可以减轻飞行器结构重量，有效提高飞行器整体性能。石墨烯晶体薄膜还可以制成储能装置，以其储能量高、充电速度快、重量轻、寿命长、无污染等优越性，可替代传统的铅酸电池、锂电池，可为电池、电动车等产业发展带来新的变革。而在日常生活中，石墨烯晶体薄膜可以制成可穿戴衣物。

目前，石墨烯晶体薄膜的制备主要有化学气相沉积法、外沿生长法、剥离法等，上述几种方法均无法适应大规模批量化生产需求。近年来，国内外一些研究机构开始采用电子束辐照、激光扫描方法制备石墨烯晶体薄膜，但是仍不能满足规模化高品质石墨烯晶体薄膜制备的需求。其中，采用电子束辐照技术制备石墨烯晶体薄膜时，虽然能够控制石墨烯的宽度和层数，但束斑直径小于50nm，辐照时间需要10s～120s，生产效率太低，无法适应大规模批量化生产需求；采用激光扫描技术制备石墨烯晶体薄膜时，通常在大气环境下进行，激光扫描碳聚合物薄膜的过程中，产生的碳粉，容易污染周围环境，且产生石墨烯晶体薄膜质量易受到气体杂质的影响，导致质量难以大幅提高。

发明内容

本发明实施例提供了一种电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜的装置，可以大规模批量化制备石墨烯晶体薄膜，同时提高制备石墨烯晶体薄膜的质量。

一种电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜的装置，包括真空室及设于所述真空室顶部的电子枪，所述真空室的内部设有工作台，所述工作台上设有绝缘板，所述绝缘板上设有金属基板，所述金属基板上设有碳聚合物薄膜；

所述碳聚合物薄膜外侧至所述真空室内侧顶部的电子束流输出口的区域笼罩有碳粉吸附罩，所述碳粉吸附罩包括内层和外层，所述内层和外层之间设有多个绝缘陶瓷块，所述内层接地，所述外层与第一直流电源电性连接，以使所述内层和外层之间形成第一吸附静电场，该第一吸附静电场用于吸附所述电子束扫描制备石墨烯晶体薄膜过程中产生的碳粉。

进一步地，所述碳粉吸附罩由无磁金属材料制成，且结构尺寸由所述碳聚合物薄膜外侧至所述真空室内侧顶部的电子束流输出口处逐渐减小。

进一步地，所述内层与外层上分别均匀密布1～3mm的第一吸附孔，所述内层与外层上的第一吸附孔错位分布。

进一步地，所述电子枪包括壳体，所述壳体的内部从上到下依次同轴安装有阴极、栅极、绝缘子、阳极、阳极固定盘、聚焦线圈、扫描线圈、线圈固定盘和碳粉吸附栅；

所述栅极安装在所述绝缘子上，所述阴极通过灯丝座固定在所述栅极上；

所述阳极固定盘上方至所述壳体顶部之间的腔体设置第一真空泵接口，所述第一真空泵接口连接第一真空泵组；

所述聚焦线圈、扫描线圈安装在所述线圈固定盘上，且安装于所述阳极固定盘的下端，所述碳粉吸附栅安装于所述线圈固定盘的下端；