[发明专利]一种用于在带/线材上连续化生长二维材料的卷对卷装置及其控制方法

权利要求书

1.一种在带/线材上连续化生长二维材料的设备，其特征在于，所述设备包括：

卷对卷装置，通过第一卷绕辊和第二卷绕辊的转动使得带/线材能够在两个卷绕辊之间转移；

二维材料生长腔室，设置于第一卷绕辊和第二卷绕辊之间，所述带/线材在二维材料生长腔室内穿过，并通过化学气相沉积法沉积二维材料；

至少一个冷却室，设置于第一卷绕辊和第二卷绕辊之间，且与作为收卷辊的卷绕辊相邻；

所述设备还包括磁控溅射室，用于在带/线材上溅射催化金属膜层，所述磁控溅射室与二维材料生长腔室相邻；

所述卷对卷装置包括：

第一卷绕辊、第二卷绕辊；且通过第一卷绕辊和第二卷绕辊的转动使得带/线材能够在两个卷绕辊之间转移；

监测单元，用于监测处于第一卷绕辊和第二卷绕辊之间的带/线材的状态参数；

所述状态参数包括带/线材的移动速度和/或移动过程中的张力；

所述监测单元还包括至少一个张力测试辊，设置于在第一卷绕辊和第二卷绕辊之间，用于测定带/线材移动过程中的张力；

控制单元，用于根据监测单元检测到的状态参数，控制第一卷绕辊和/或第二卷绕辊的转速；

所述控制单元用于通过控制第一卷绕辊和/或第二卷绕辊的转速将所述带/线材的张力控制在化学气相沉积温度下带/线材极限张力的0.1～0.5倍以内；

所述设备用于在带/线材上连续化生长二维材料，所述连续化生长二维材料的步骤包括：

(1)将带/线材卷绕在第一卷绕辊上，并将卷绕后的带/线材的游离端穿过磁控溅射室、二维材料生长腔室和冷却室，之后将游离端固定在第二卷绕辊上；所述第一卷绕辊为放卷辊，第二卷绕辊为收卷辊；

(2)启动卷绕辊，实现带/线材按照预定速度在磁控溅射室、二维材料生长腔室和冷却室内移动，并同时进行第一次沉积，所述第一次沉积任选为磁控溅射或化学气相沉积；

(3)第一卷绕辊的带/线材全部转移至第二卷绕辊后，得到生长有第一层连续化二维材料的带/线材；

(4)调整卷绕辊的卷绕方向，使第二卷绕辊作为放卷辊，第一卷绕辊作为收卷辊；

(5)再次启动卷绕辊，实现带/线材按照预定速度在磁控溅射室、二维材料生长腔室和冷却室内移动，并同时进行第二次沉积，所述第二次沉积任选为磁控溅射或化学气相沉积。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述监测单元包括至少一个速度测速辊，设置于第一卷绕辊和第二卷绕辊之间，用于测定带/线材的移动速度。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述监测单元包括设置于近第一卷绕辊一端的第一速度测速辊和第一张力测试辊，以及设置于近第二卷绕辊一端的第二速度测试辊和第二张力测试辊。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制单元用于通过控制第一卷绕辊和/或第二卷绕辊的转速将所述带/线材的速度控制在500cm/min以内。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述控制单元用于通过控制第一卷绕辊和/或第二卷绕辊的转速将所述带/线材的速度控制在1～200cm/min。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述控制单元用于通过控制第一卷绕辊和/或第二卷绕辊的转速将所述带/线材的速度控制在1～30cm/min。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制单元用于通过控制第一卷绕辊和/或第二卷绕辊的转速将所述带/线材的张力控制在化学气相沉积温度下带/线材极限张力的0.3倍。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制单元根据监测的状态参数采用PID算法获得第一卷绕辊和/或第二卷绕辊转速的调整幅度。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述卷对卷装置还包括至少一个支撑辊，用于支撑带/线材。