[实用新型]一种规模化连续制备二维纳米薄膜的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新材料的制备装置，特别是涉及一种规模化连续制备石墨烯、金属硫族化物、硅烯、锗烯、氮化硼等新型二维纳米材料的装置。

背景技术

石墨烯(graphene)具有卓越的二维电学、光学、热学、力学性能以及化学稳定性,石墨烯在超快光电子器件、洁净能源、传感器等方面具有广泛的应用前景。电子在石墨烯中传输速度是硅的150倍，IBM等著名公司已经制备速度可达太赫兹的超快速光电子器件，美国加州大学利用石墨烯研制成光学调制解调器，有望将网速提高1万倍；全球每年半导体晶硅的需求量在2500吨左右，石墨烯如果替代十分之一的晶硅制成高端集成电路如射频电路，市场容量至少在5000亿元以上。因为石墨烯只有2.3%光吸收，这使石墨烯可用于制备光电子器件如显示器件、太阳能电池、触摸面板等的柔性透明电极，从而取代成本昂贵、资源稀少、不可自由折叠的由铟为主要成分的ITO透明导电膜；据报道，2011年全球ITO导电玻璃的需求量在8500万-9500万片，这样，石墨烯的替代空间巨大。由于石墨烯独特的电子传输特性，作为传感器，它具有单分子的敏感性；如果基于石墨烯的基因电子测序技术能够实现，人类全基因谱图测定的测序成本将由目前的约10万美元/人而大大降低到约1000美元/人，从而有助于生物医学的创新，有助于实现个性化的医疗保健。经过这几年的快速发展，石墨烯产品已经出现在触摸屏应用上。因此，石墨烯良好的商业价值和广阔的市场已经展现曙光，石墨烯材料的产业化将是对材料、信息、能源工业的一次革命性变革！

除了石墨烯外，类石墨烯(graphene-like)的新型二维纳米材料也具有其独特的光电子性能，具有广泛的应用前景。类石墨烯的新型二维纳米材料包括层状的金属硫族化物（metal chalcogenides）、硅烯（silicene）、锗烯(germanene)、氮化硼(boron nitride)等。

然而，目前还没有规模化连续制备石墨烯等二维纳米薄膜的装置，化学气相沉积法(CVD)以及碳偏析(surface segregation)法是大面积制备二维纳米薄膜的技术方法，采用这两种方法制备二维纳米薄膜的设备基本上都是石英管高温炉[Science 324,1312-1314(2009);Nature Nanotechnology 5,574(2010);Nano Lett.11,297-303(2011)]。基于石英管的高温炉仅具备在已有金属催化层上合成二维纳米薄膜的单一功能，即不能先后连续对衬底的表面进行处理，在衬底上制备合成二维纳米薄膜所需的催化层和之后的二维纳米薄膜的合成。并且，采用石英管式炉合成的二维纳米薄膜存在许多结构缺陷，导致制备薄膜的电子传输性能较差，石英管式炉已经严重制约了二维纳米薄膜如石墨烯薄膜的应用，不适合规模化连续制备如石墨烯等二维纳米薄膜。

为了实现二维纳米薄膜的规模化连续制备，即包括衬底的处理、催化层的制备、二维薄膜的制备等连续过程，各腔室在二维纳米薄膜的制备过程中应该承担专有的独特的功能角色。

实用新型内容

为克服现有技术存在的上述不足，本实用新型提供一种能够大面积规模化连续制备石墨烯、金属硫族化物、硅烯、锗烯、氮化硼等二维纳米薄膜的装置，在本实用新型的装置中，各腔室都有各自独特的功能，以便实现二维纳米薄膜的规模化连续制备，本实用新型的装置具有结构简单、操作简单、安全性好等特点，采用此装置制备二维纳米薄膜生产成本较低。

本实用新型采用如下技术方案：

一种规模化连续制备二维纳米薄膜的装置，其特征在于依次设有进料腔室、处理腔室、第一平衡腔室、第一薄膜制备腔室、第二平衡腔室、第二薄膜制备腔室、第三平衡腔室、化学气相沉积腔室和出料腔室，其中：

进料腔室设有与大气相通的阀门，进料腔室与处理腔室之间设有阀门，处理腔室与第一平衡腔室之间设有阀门，第一平衡腔室与第一薄膜制备腔室之间设有阀门，第一薄膜制备腔室与第二平衡腔室之间设有阀门，第二平衡腔室与第二薄膜制备腔室之间设有阀门，第二薄膜制备腔室与第三平衡腔室之间设有阀门，第三平衡腔室与化学气相沉积腔室之间设有阀门，化学气相沉积腔室与出料腔室之间设有阀门，出料腔室设有与大气相通的阀门。