[发明专利]一种石墨烯薄膜卷对卷生产装置及方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯薄膜卷对卷生产装置及方法，装置包括真空腔、真空泵组件以及工艺气体通入组件，还包括至少一监测组件以及参数控制组件，真空腔包括依次连通的放卷腔、生长腔和收卷腔，其中一个监测组件连接于生长腔，用以获得位于生长腔内的石墨烯薄膜的第一表征参数，并将第一表征参数与一第一设定表征参数比较获得一第一比较结果；参数控制组件连接于至少一监测组件，用以响应第一比较结果，并调控各项工艺气体通入量及比例和/或所述生长腔温度和/或生长基底运动速度和/或所述生长腔内压强，以使第一表征参数等于第一设定表征参数。

技术领域

本发明总体来说涉及石墨烯薄膜生产技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯薄膜卷对卷生产装置及方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子堆积而成的二维蜂窝状结构的新型碳材料，具有超高的电子迁移率(～105cm² V^-1s^-1)、良好的导热性(～5000W m^-1K^-1)、高透光性(97.7％)、优异的机械性能(～1.1Tpa)和良好的柔性。这些优异的性质使得石墨烯在诸多领域具有广阔的应用前景，诸如光电探测、透明导电膜、太阳能电池等。石墨烯走向实际应用的关键是真正实现石墨烯的大规模制备。在石墨烯众多的制备方法中，卷对卷动态生长可实现石墨烯薄膜的大批量、规模化制备，且拥有其他方法无可比拟的价格优势。

然而，卷对卷动态生长的石墨烯薄膜卷材长达几百到上千米，故整个卷材产品生长过程较久，给石墨烯薄膜质量的评估和调控带来了严重的滞后性。现有技术中，石墨烯薄膜卷材产品的监测均是从生长设备中取出后进行，需要较长时间的降温过程，无法实现生长过程的原位在线监测，更不可能实现石墨烯产品的定制。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种石墨烯薄膜卷对卷生产装置及方法，在生产过程中，能够实时监测石墨烯薄膜的表征参数，并在线调控工艺气体通入量及比例和/或生长腔温度和/或生长基底运动速度和/或生长腔内压强，以获得良率较高的石墨烯薄膜成品。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种石墨烯薄膜卷对卷生产装置，包括真空腔、真空泵组件以及工艺气体通入组件，还包括至少一监测组件以及参数控制组件，所述真空腔包括依次连通的放卷腔、生长腔和收卷腔，其中一个所述监测组件连接于所述生长腔，用以获得位于所述生长腔内的石墨烯薄膜的第一表征参数，并将所述第一表征参数与一第一设定表征参数比较获得一第一比较结果；

所述参数控制组件连接于所述至少一监测组件，用以响应所述第一比较结果，并调控各项工艺气体通入量及比例和/或所述生长腔温度和/或生长基底运动速度和/或所述生长腔内压强，以使所述第一表征参数等于所述第一设定表征参数。

根据本发明一实施方式，所述第一表征参数包括以下至少一种：

石墨烯薄膜质量、石墨烯薄膜覆盖度、石墨烯薄膜层数、石墨烯薄膜形貌、石墨烯薄膜成核密度、石墨烯薄膜畴区尺寸和取向、石墨烯薄膜成核位点或石墨烯薄膜洁净度。

根据本发明一实施方式，所述监测组件包括以下至少一种：

拉曼光谱仪、椭圆偏振光谱仪、光学显微镜、原子力显微镜或电子显微镜。

根据本发明一实施方式，所述至少一监测组件包括两个所述监测组件，其中一个所述监测组件连接于所述生长腔；

另一个所述监测组件连接于所述收卷腔，用以获得位于所述收卷腔内的石墨烯薄膜的第二表征参数，并将所述第二表征参数与一第二设定表征参数比较获得一第二比较结果；