制備石墨烯薄膜的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的名稱是制備石墨烯薄膜的裝置。制備石墨烯薄膜的裝置包括槽體、供料單元以及傳輸裝置。槽體具有容置空間，且容置空間包括溶液。供料單元?jiǎng)t可提供石墨烯溶液，石墨烯溶液形成于溶液的表面，且石墨溶液得以于溶液表面形成石墨烯薄膜，傳輸裝置得以將工件至少部分沒(méi)入溶液。當(dāng)工件通過(guò)石墨烯薄膜與溶液的界面時(shí)，石墨烯薄膜得以附著于工件的表面。因此，本實(shí)用新型可以便于量產(chǎn)具有方向性的石墨烯產(chǎn)物。
【專利說(shuō)明】制備石墨烯薄膜的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型為一種制備裝置，特別是關(guān)于一種石墨烯的制備裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯(graphene)是一種單層原子厚的碳材料,每個(gè)碳原子之間以sp2混成與相鄰的三個(gè)原子形成鍵結(jié)，并延伸成蜂窩狀的二維結(jié)構(gòu)。且石墨烯還以良好的載子遷移率(carrier mobility)著稱，因其具有優(yōu)異的電學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、可彎折、良好的導(dǎo)熱及高穿透率等性質(zhì)，故石墨烯目前已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、觸控面板或太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域中。
[0003]然而，若欲將石墨烯作為導(dǎo)熱材使用時(shí)，其制備時(shí)須特別注意石墨烯產(chǎn)物的組裝及堆棧的情況(亦即其異方向性)，以達(dá)到較佳的導(dǎo)熱效果。
[0004]承前，為了達(dá)到具有高方向性的石墨烯產(chǎn)物，一般熟知的作法除了以真空抽濾的方式制作，亦可使用Langmuir-Blodgett法在水面上形成氧化石墨烯的自組裝薄膜。例如，于氯仿與水的界面形成單層的石墨烯膜、正戊烷與水的界間以乙醇形成薄膜的方法或者在水與庚烷的不互溶的界面形成石墨烯薄膜等等。但以上的作法皆有形成薄膜的速度限制、干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、無(wú)法大面積制作，或是無(wú)法發(fā)展連續(xù)自動(dòng)化制程的缺點(diǎn)。
[0005]故，如何提供一種石墨烯產(chǎn)物具有方向性、便于量產(chǎn)的石墨烯薄膜制備裝置，已成為重要課題之一。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]有鑒于上述課題，本實(shí)用新型的目的為提供一種石墨烯產(chǎn)物具有高方向性、便于量產(chǎn)的石墨烯薄膜制備裝置。
[0007]為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型可提供一種制備石墨烯薄膜的裝置，包括:槽體、供料單元以及傳輸裝置。
[0008]槽體具有容置空間，且容置空間包括溶液。供料單元?jiǎng)t可提供石墨烯溶液。
[0009]石墨烯溶液形成于溶液的表面，且石墨溶液得以于溶液表面形成石墨烯薄膜，傳輸裝置得以將工件至少部分沒(méi)入溶液。當(dāng)工件通過(guò)石墨烯薄膜與溶液的界面時(shí)，石墨烯薄膜得以附著于工件的表面。
[0010]在一實(shí)施例中，還包括干燥單元，設(shè)置于傳輸裝置的一側(cè)，并得以烘干著附于工件的表面的石墨烯溶液。
[0011]在一實(shí)施例中，傳輸裝置為滾輪裝置。
[0012]在一實(shí)施例中，石墨烯溶液包括有機(jī)溶液，且該有機(jī)溶液為正己烷、甲苯、氯仿、四氯氟喃、二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮、二甲基亞砜、苯或其組合。
[0013]在一實(shí)施例中，溶液包括有機(jī)溶劑，且有機(jī)溶液為正己烷、甲苯、氯仿、四氯氟喃、二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮、二甲基亞砜、苯或其組合。
[0014]在一實(shí)施例中，工件為基板、電子裝置殼體或電極結(jié)構(gòu)。
[0015]此外，本實(shí)用新型還可提供石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)石墨烯層體，且這些石墨烯層體的各層間距相等，其中這些石墨烯層體是以前述的方法所制成。
[0016]承上所述，本實(shí)用新型利用石墨烯溶液在溶液表面形成一石墨烯薄膜，且工件得以通過(guò)石墨烯溶液與溶液的界面的方式，使得石墨烯薄膜形成于工件上。且此種制備方式將不局限工件的表面形狀，換言之，可依據(jù)需求將石墨烯薄膜形成于電極、或是作為表面防腐蝕處理使用。
[0017]此外，還可通過(guò)重復(fù)形成石墨烯薄膜，以產(chǎn)生排列方向一致且各層體間隔均勻的石墨烯薄膜，此種結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜除了具優(yōu)良的導(dǎo)電性以外，還可在各層體間形熱流的通道，形成優(yōu)良的導(dǎo)熱材。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為一種本實(shí)用新型的制備石墨烯薄膜的裝置其一實(shí)施例的立體示意圖。
[0019]圖2為圖1的實(shí)施例的側(cè)面示意圖。
[0020]圖3為本實(shí)用新型所提供的不同厚度的石墨烯薄膜的光學(xué)穿透度與片電阻的關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將參照相關(guān)附圖，說(shuō)明依本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的一種制備石墨烯薄膜的裝置，其中相同的組件將以相同的參照符號(hào)加以說(shuō)明。
[0022]請(qǐng)一并參考圖1至圖3，圖1為一種本實(shí)用新型的制備石墨烯薄膜的裝置其一實(shí)施例的立體示意圖。圖2則為圖1的實(shí)施例的側(cè)面示意圖。圖3為本實(shí)用新型所提供的不同厚度的石墨烯薄膜的光學(xué)穿透度與片電阻的關(guān)系圖。
[0023]本實(shí)用新型可提供一種制備石墨烯薄膜的裝置1，其包括槽體10、供料單元12以及傳輸裝置14。
[0024]以下將先針對(duì)各個(gè)組件加以說(shuō)明。
[0025]本實(shí)施例的槽體10具有容置空間，且容置空間包括溶液S。且較佳地，本實(shí)施例的槽體10可為控溫槽體，得以調(diào)整溶液S的操作溫度。
[0026]且溶液S的操作溫度可介于60°C?100°C，此操作溫度范圍將會(huì)依據(jù)不同的溶液S而有所調(diào)整，其溫度須可使得后續(xù)供料單元12提供的有機(jī)溶劑揮發(fā)，避免有機(jī)溶劑形成額外的液體界面或者有機(jī)溶液溶于溶液中改變?nèi)芤旱谋砻鎻埩Φ鹊取?br> [0027]此處的溶液S可為純水、或是水與其它有機(jī)溶劑的混合物，有機(jī)溶劑例如可為正己烷、甲苯、氯仿、四氯氟喃、二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮、二甲基亞砜、苯或其組合，但不以這些有機(jī)溶劑為限制。
[0028]供料單元12則可提供石墨烯溶液G。本實(shí)施例的石墨烯溶液G是以將石墨烯以攪拌或是超音波震蕩均勻分散于有機(jī)溶劑中以形成石墨烯溶液G。補(bǔ)充說(shuō)明的是，此處的有機(jī)溶液可為正己烷、甲苯、氯仿、四氯氟喃、二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮、二甲基亞砜、苯或其組口 ο
[0029]且搭配的有機(jī)溶液亦不限制僅為一種溶液，也可混合一種以上調(diào)合成溶液，僅須控制使得石墨烯于溶液中的濃度介于0.01 wt%至10wt%之間，特別是以0.lwt%至lwt%即可。
[0030]詳細(xì)而言，石墨烯溶液G的石墨烯粉末將會(huì)于有機(jī)溶劑與溶液S的界面形成石墨烯薄膜F，且在有機(jī)溶劑揮發(fā)后，石墨烯薄膜F得以于水與空氣的界面穩(wěn)定存在且形成一薄膜。
[0031]且本實(shí)施例的供料單元12可為注射針筒、各式泵、擠出機(jī)、輸送帶或是噴嘴等等可用以傳輸液體的構(gòu)件。且供料單元12得以將石墨烯溶液G輸送至溶液S表面，并通過(guò)表面張力形成石墨烯薄膜F。
[0032]此外，為了避免石墨烯溶液G中的石墨烯薄膜F突破溶液S表面張力而沉入其中，本實(shí)施例的供料單元12的設(shè)置位置以接近溶液S表面的高度為佳(出口位置鄰近、與溶液S表面平行)。當(dāng)石墨烯溶液G持續(xù)的供給至溶液S表面，此時(shí)將可形成石墨烯薄膜F。
[0033]傳輸裝置14可為滾輪裝置，且得以連續(xù)卷動(dòng)并運(yùn)送工件2。且本實(shí)施例的滾輪的卷動(dòng)速度須搭配石墨烯薄膜F于溶液S表面形成的速度，而其形成的速度將通過(guò)供料單元12控制。且,本實(shí)施例的石墨烯薄膜F形成速度約介于5cm/min至2000cm/min之間,但會(huì)依據(jù)供料單元12、不同工件2而有所調(diào)整。
[0034]雖本實(shí)施例所例示的工件2為基板，但于其它實(shí)施態(tài)樣或是搭配其它的傳輸裝置14，工件可為電子裝置殼體或電極結(jié)構(gòu)，故不以基板為限制。
[0035]換言之，雖本實(shí)施例例示于一個(gè)平面基材上形成石墨烯薄膜F，但亦可將本實(shí)施例應(yīng)用于不同形狀的基材表面以形成石墨烯薄膜F。
[0036]且工件2的材料可金屬，例如不銹鋼、鋁、鋁合金、或是電鍍及具有各種表面處理的金屬材質(zhì)。工件2也為聚合物薄片，例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、鐵氟龍、硅膠等，此外，工件2涂覆石墨烯薄膜前亦可有一前處理程序，例如針對(duì)工件2表面進(jìn)行硬化處理、氟化處理、親水處理等等。
[0037]此外，亦可將工件2先置入熱水浴中，并將工件2調(diào)整至適當(dāng)溫度，以使將工件2表面的石墨烯溶液G干燥速度加速。
[0038]實(shí)際操作時(shí)，石墨烯溶液G將會(huì)于溶液S的表面形成石墨烯薄膜F，傳輸裝置14得以將工件2至少部分沒(méi)入溶液S。當(dāng)工件2通過(guò)石墨烯薄膜F與溶液S的界面時(shí)，石墨烯薄膜F得以附著于工件2的表面。
[0039]且本實(shí)施例還包括干燥單元16，設(shè)置于傳輸裝置14的一側(cè)，并得以烘干著附于工件2的表面的石墨烯薄膜F (將石墨烯薄膜的水分完全去除)，并避免石墨烯薄膜F意外剝落或是其內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。
[0040]干燥單元16可為發(fā)熱單元、發(fā)光單元、熱風(fēng)單元、鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)刀、燈管、燈泡、電熱器或紅外線加熱裝置等等。且依據(jù)不同種類的干燥單元16、須干燥的區(qū)域的大小可控制石墨烯薄膜F干燥的時(shí)間大約可介于I秒至I分鐘之間，但不以此為限制。
[0041]但設(shè)置干燥單元16的目的僅為加速石墨烯薄膜F的形成時(shí)間，此效果亦可通過(guò)提高溶液的溫度或是調(diào)整工作環(huán)境的溫度等等方式亦可達(dá)到相似的效果，故干燥單元16并非未必要構(gòu)件，將不以此為限制。
[0042]請(qǐng)?zhí)貏e參考圖3，其為本實(shí)用新型所提供的不同厚度的石墨烯薄膜的光學(xué)穿透度與片電阻的關(guān)系圖。
[0043]詳而言之，制備石墨烯薄膜的裝置I亦可依據(jù)不同的需求(例如不同的光學(xué)穿透度、片電阻的考慮)，形成不同厚度的石墨烯薄膜。故，例如，本實(shí)施例所形成的單層石墨烯薄膜的厚度可介于Inm至10nm之間,若需要制作較厚的石墨烯薄膜,則可通過(guò)將具有石墨烯薄膜的工件再次通過(guò)石墨烯薄膜與溶液的界面。換言之，使用者可通過(guò)重復(fù)附著的方式將石墨烯薄膜堆棧至所欲的厚度。
[0044]且此種作法的優(yōu)點(diǎn)在于，各石墨烯薄膜皆以平行堆棧(如圖3)，這些石墨烯層體的各層間距相等，使得熱能將會(huì)依循平行的方向逸散，且可阻斷熱能往垂直層體的方向傳導(dǎo)，故可使得整體的平行導(dǎo)熱效果、垂直絕熱效果相較熟知的石墨烯結(jié)構(gòu)更優(yōu)異。
[0045]以下將例示，本實(shí)施例的可能的實(shí)驗(yàn)例作為參考。
[0046]本實(shí)用新型的第一實(shí)驗(yàn)例的石墨烯溶液G可由石墨烯與氯仿配7mg/ml的溶劑。且供料單元12可為一內(nèi)徑為100 μ m的針筒，且以lml/s的速度進(jìn)料。并以80°C的去離子水作為溶液S。且本實(shí)施例的工件2可先進(jìn)行一親水處理。
[0047]通過(guò)氯仿在溶液S表面所造成的張力，石墨烯溶液G中的石墨烯附著于表面已親水處理的工件2的PET表面，工件2與與石墨烯薄膜F與溶液S的界面呈大約75°C?90°C。
[0048]再通過(guò)干燥單元16以80°C烘烤著附于工件2的表面的石墨烯薄膜F，去除殘留在石墨烯薄膜F內(nèi)的水與溶劑，并形成厚度為I?30 nm的石墨烯薄膜F。
[0049]此外，本實(shí)施例的基材的材質(zhì)可為鋁箔，鑒于石墨烯本身優(yōu)異的電導(dǎo)特性，將石墨烯涂布于在鋁箔表面還可增進(jìn)鋁箔的電導(dǎo)特性。此實(shí)施例將可作為在鋰電池正極材料的電極使用，進(jìn)而提升鋰電池的整體的性能。
[0050]本實(shí)用新型的第二實(shí)施例石墨烯溶液G則可為由石墨烯與氯仿配成5 mg/ml的溶齊U。且供料單元12可為內(nèi)徑I mm的出料口蠕動(dòng)泵，且以10ml/min的速率進(jìn)料。并以80°C的去尚子水作為溶液S。
[0051]補(bǔ)充說(shuō)明的是，本案的供料單元可依據(jù)不同的流量采用泵或是針筒，但不以這兩者為限制。
[0052]相似地，通過(guò)氯仿在溶液S表面所造成的張力，石墨烯溶液G中的石墨烯(或稱石墨烯薄膜F)附著于表面已親水處理的工件2的表面(工件2可為鋁箔)，工件2與與石墨烯薄膜F與溶液S的界面呈大約30°C?45°C。
[0053]接著，再通過(guò)干燥單元16并以150°C烘烤，以去除殘留在石墨烯薄膜F內(nèi)的水與溶齊U，以形成理想的石墨烯薄膜堆棧型態(tài)與方向性。此外，根據(jù)涂布的次數(shù)與時(shí)間，本實(shí)施例可于工件2上形成厚度介于30 μ m?75 μ m的石墨烯薄膜F。
[0054]最后，本實(shí)用新型還可包括一第三實(shí)施例，其石墨烯溶液G可由石墨烯與lmg/ml二甲基甲酰胺所組成。且供料單元12可為一內(nèi)徑為100 μ m的針筒，以lml/min的速率進(jìn)料。并以80°C的去離子水作為溶液S。
[0055]通過(guò)二甲基甲酰胺在溶液S表面所造成的張力，石墨烯溶液G中的石墨烯(或稱石墨烯薄膜F)將會(huì)附著于工件2的表面(此實(shí)施例的工件或其表面可為聚酯(PET)材質(zhì))。此時(shí)，工件2與與石墨烯薄膜F與溶液S的界面呈大約75°C?90°C。
[0056]接著，再通過(guò)干燥單元16并以80°C烘烤，以去除殘留在石墨烯薄膜F內(nèi)的水與溶齊U，以形成理想的石墨烯薄膜堆棧型態(tài)與方向性。此外，根據(jù)涂布的次數(shù)與時(shí)間，本實(shí)施例可于工件2上形成厚度介于I?30 nm的石墨烯薄膜F于工件2表面。
[0057]承上所述，本實(shí)用新型利用將石墨烯溶液形成于溶液的表面形成一石墨烯薄膜，且工件得以通過(guò)石墨烯溶液與溶液的界面的方式，使得石墨烯薄膜形成于工件上。且此種制備方式將不局限工件的表面形狀，換言之，可依據(jù)需求將石墨烯薄膜形成于電極、或是作為表面防腐蝕處理使用。
[0058]此外，還可通過(guò)重復(fù)形成石墨烯薄膜，以產(chǎn)生排列方向一致且各層體間隔均勻的石墨烯薄膜，此種結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜除了具優(yōu)良的導(dǎo)電性以外，還可在各層體間形熱流的通道，形成優(yōu)良的導(dǎo)熱材。
[0059]故，通過(guò)上述配置本實(shí)用新型應(yīng)可實(shí)現(xiàn)提供一種石墨烯產(chǎn)物具有方向性、便于量產(chǎn)的石墨烯薄膜制備裝置的目的。
[0060]以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本實(shí)用新型的精神與范圍，而對(duì)其進(jìn)行的等效修改或變更，均應(yīng)包括于權(quán)利要求中。
[0061]符號(hào)說(shuō)明
[0062]1:裝置
[0063]10:槽體
[0064]12:供料單元
[0065]14:傳輸裝置
[0066]16:干燥單元
[0067]2:工件
[0068]F:石墨烯薄膜
[0069]G:石墨烯溶液
[0070]S:溶液
【權(quán)利要求】
1.一種制備石墨烯薄膜的裝置，其特征在于包括: 一槽體，具有一容置空間，且所述容置空間包括一溶液； 一供料單元，提供一石墨烯溶液；以及 一傳輸裝置； 其中，所述石墨烯溶液形成于所述溶液的表面，且所述石墨溶液得以于所述溶液表面形成一石墨烯薄膜，所述傳輸裝置得以將一工件至少部分沒(méi)入所述溶液，當(dāng)所述工件通過(guò)所述石墨烯薄膜與所述溶液的一界面時(shí)，所述石墨烯薄膜得以附著于所述工件的一表面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括一干燥單元，設(shè)置于所述傳輸裝置的一側(cè)，并得以烘干著附于所述工件的所述表面的所述石墨烯溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述傳輸裝置為一滾輪裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述工件為一基板、一電子裝置殼體或一電極結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK203959824SQ201420057552
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】李連忠, 吳豐宇, 陳姿吟, 周曈 申請(qǐng)人:奈創(chuàng)科技股份有限公司