[发明专利]一种快速宏量制备超大尺寸二维材料薄膜的方法及装置

权利要求书

1.一种快速宏量制备超大尺寸二维材料薄膜的方法，其特征在于，将柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层复卷成大卷，放在支架上，并在材料生长腔中同时整体生长，在耐高温衬底表面快速宏量制备出高质量超大尺寸二维材料薄膜；

所述方法包括如下步骤：

(一)将所述柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层复卷成大卷，放在支架上，整体放入化学或物理气相沉积设备生长腔中，通入惰性气体，然后开始升温；

(二)温度迅速升至所需生长温度100～2000℃时，惰性气体流量保持不变，同时通入生长二维材料薄膜所需的生长气体，所述生长气体流量为0.1～2000sccm，生长时间为1s～72hour；

(三)生长结束后，冷却至室温，将所述柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层分离，即得到所需超大尺寸二维材料薄膜；

其中，大卷的制备过程包括如下步骤：设置两个分别卷绕有柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层的卷轴，分别从上述两个卷轴放卷柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层，并由一个压合机构将柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层压在一起，然后由卷绕机卷绕成一个复卷结构；

步骤一中整卷所述柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层复卷成的大卷放于支架上；

所述方法在化学气相沉积系统或物理气相沉积系统中进行，在化学气相沉积系统或物理气相沉积系统的生长腔体恒温区中放置所述大卷的支架装置；所述支架上放1个或大于1个由柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层复卷成的大卷；

所述柔性耐高温隔层的材料是钛、钨、钼、铂或钽高熔点金属形成的箔或网，或任两种或两种以上上述高熔点金属形成的合金箔或网，或石墨纸、氧化铝纤维纸、云母纸、石棉纸、碳纤维布、石英布、氧化铝纤维布、云母纤维布、石棉布、氧化镁纤维布、氧化铝纤维网、石墨网、石棉网、石英网、氧化镁纤维网或云母纤维网其中之一。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，复卷成大卷的长度范围为10cm～100km，宽度范围为1cm～20m。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，柔性耐高温隔层的宽度大于或等于柔性耐高温衬底的宽度，柔性耐高温隔层的长度大于或等于柔性耐高温衬底的长度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述柔性耐高温衬底是金、银、铜、铂、钨、铁、铬、钴或镍金属及任两种或两种以上上述金属的合金箔，或云母、石墨烯、六方氮化硼、二维过渡金属硫族化合物，或三五族化合物二维材料其中之一。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，二维过渡金属硫族化合物包括二硫化钼、二硒化钼、或二硫化钨；三五族化合物包括氮化镓、硒化镓、或磷化铟。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述超大尺寸二维材料薄膜的材料是石墨烯、六方氮化硼、二维过渡金属硫族化合物、三五族化合物、二维外尔半金属、二维超导体、二维铁电材料或二维有机大分子自组装膜其中之一。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物为二硫化钼、二硒化钼、二碲化钼、二硫化钨、二硒化钨、或二碲化钨；所述三五族化合物为氮化镓、硒化镓、或磷化铟；所述二维外尔半金属为W_xMo_1-xTe或TaIrTe₄；所述二维超导体为NbSe₂或MoTe₂；所述二维铁电材料为CuInP₂S₄。

8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述柔性耐高温衬底与柔性耐高温隔层复卷成大卷的复卷方式是双层复卷或多层复卷。