[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

说明书

本发明涉及一种用于在带/线材上连续化生长二维材料的卷对卷装置，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；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。本发明通过监测带/线材在传送过程中的状态参数——速度和张力，设定带/线材稳定转移的状态参数，从而实现均匀持续沉积二维材料的目的。

技术领域

本发明涉及二维原子晶体材料生长技术领域，尤其涉及一种用于在带/线材上连续化生长二维材料的卷对卷装置及其控制方法、包含其的设备及使用方法和制备得到的二维材料。

背景技术

二维原子晶体是指一种只有单个或几个原子厚度的二维材料，从本质上来讲更像上一种巨大的二维分子，这种材料因为其绝对的二维结构而具备了令人意外的特性与功能。典型的二维原子晶体材料包括石墨烯材料、氮化硼材料等。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，且只有一个碳原子厚度的二维材料；六方氮化硼(BN)与石墨是等电子体，具有白色石墨之称，具有类似石墨的层状结构，有良好的润滑性，电绝缘性导热性和耐化学腐蚀性，具有中子吸收能力。

现有的二维原子晶体材料的制备方法大多是“间歇式”的生长模式，无法规模化生产，制备效率低，价格昂贵；且操作为非自动化，晶体材料的生长随机，工艺不稳定，重复性差。以石墨烯为例，其现有的制备方法有微机械分离法、氧化石墨还原法、SiC热解法、化学气相沉积法(CVD)等。化学气相沉积法制备石墨烯的过程是以甲烷、乙醇等含碳化合物作为碳源，在镍、铜等金属衬底上通过将碳源高温分解，然后采用强迫冷却的方式在衬底表面形成石墨烯的过程。

现有技术在宏量制备和应用二维原子晶体材料方面都面临着如下几个问题(1)缺乏连续化制备工艺；(2)缺少全流程自动化精确控制；(3)难以形成规模化应用平台。

CN103469203A公开了一种包覆二维原子晶体的基材、其连续化生产线及方法。所述包覆二维原子晶体的基材的连续化生产线包括依次连接的设有第一卷辊(11)的放卷室(1)、磁控溅射室(6)、电感耦合-化学气相沉积室(2)、冷却室(3)以及设有第二卷辊(41)的收卷室(4)，其能够实现包覆二维原子晶体的基材的连续化生产，制备效率高，降低了包覆二维原子晶体的基材的生产成本，生产过程条件可控，工艺条件稳定，重复性高。

但是对于连续化生长二维材料过程，其生长基底的状态非常重要，但是生长基底的哪种状态对于连续化生长起到关键因素，本领域技术人员并没有给出研究。

因此，如何能够获得一种用于二维材料连续化生长设备的卷对卷装置，是本领域一个亟待决绝的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于在带/线材上连续化生长二维材料的卷对卷装置，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；

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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。