用于制造石墨烯的裝置、石墨烯的制造方法及通過(guò)該方法制造的石墨烯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及石墨稀，更具體地涉及一種用于制造尚品質(zhì)石墨稀的裝置、該石墨稀的制造方法及通過(guò)該方法制造的石墨烯。
【背景技術(shù)】
[0002]含有碳原子的物質(zhì)包括富勒烯、碳納米管、石墨烯和石墨。這些當(dāng)中，石墨烯是單一原子層，其結(jié)構(gòu)是碳原子的二維平面陣列。
[0003]具體而言，石墨烯具有相當(dāng)穩(wěn)定和優(yōu)異的電氣、機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)以及優(yōu)異的導(dǎo)電性，因此其比硅酮更快速地運(yùn)載電子并且能夠比銅施加更高的電流，自從基于2004年發(fā)現(xiàn)一種從石墨中分離石墨烯的方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證以來(lái)，已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了積極地研究。
[0004]由于石墨烯可以大規(guī)模生產(chǎn)且具有電氣、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的導(dǎo)電性，因而作為電子線路的基材已經(jīng)吸引了相當(dāng)大的關(guān)注。
[0005]此外，石墨烯的電氣性質(zhì)可以根據(jù)具有預(yù)定厚度的石墨烯的結(jié)晶方向而改變。出于此原因，在由用戶選擇的方向上獲得了電氣性質(zhì)，因而可以容易地設(shè)計(jì)器件。因此，石墨烯可有效地用于碳基電子或電磁器件。
[0006]石墨烯的這些性質(zhì)可以根據(jù)生長(zhǎng)條件而顯著變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問(wèn)題
[0008]旨在解決問(wèn)題的本發(fā)明的目的在于:一種制造石墨烯的裝置，其通過(guò)在不同條件下形成石墨烯而連續(xù)生長(zhǎng)高品質(zhì)石墨烯；一種用于制造石墨烯的方法；以及通過(guò)該方法制造的石墨稀O
[0009]技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明的目的可以通過(guò)提供用于制造石墨烯的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該裝置包括:第一室，其用于在第一條件下供應(yīng)碳源；第二室，其用于在第二條件下供應(yīng)碳源；連接器，其用于將第一室與第二室連接；以及進(jìn)料器，其用于將催化劑金屬連續(xù)供應(yīng)到第一室和第二室。
[0011 ] 第一條件可以被配置為增加石墨烯的晶種的尺寸。
[0012]第一條件可以包括碳源分壓，所述碳源分壓低于第二條件的碳源分壓。
[0013]第一條件可以包括溫度，所述溫度高于第二條件的溫度。
[0014]第二條件可以被配置為填充晶種之間的間隙并形成石墨烯。
[0015]進(jìn)料器可以包括:進(jìn)料輥，其設(shè)置在第一室的一側(cè)，所述進(jìn)料輥供應(yīng)催化劑金屬；以及收卷輥，其設(shè)置在第二室的另一側(cè)，所述收卷輥收卷催化劑金屬并以卷的形式供應(yīng)所述催化劑金屬。
[0016]裝置還可以包括用于進(jìn)行預(yù)處理的第三室，所述第三室設(shè)置在所述第一室的一側(cè)。
[0017]在本發(fā)明的另一方面中，在此提供了一種用于制造石墨烯的方法，該方法包括:使用進(jìn)料器將催化劑金屬連續(xù)供應(yīng)到第一室和第二室；將碳源供應(yīng)到第一室，以便于第一條件下在催化劑金屬上形成石墨烯；并且將碳源供應(yīng)到第二室，以便于第二條件下在催化劑金屬上形成石墨稀。
[0018]該方法還可以包括熱處理催化劑金屬。
[0019]在本發(fā)明的另一方面中，在此提供了一種用于制造石墨烯的方法，該方法包括:將催化劑金屬連續(xù)供應(yīng)到具有不同條件的第一區(qū)和第二區(qū)；在第一條件下，在第一區(qū)中在催化劑金屬上形成石墨烯；并且在第二區(qū)中運(yùn)載催化劑金屬并將碳源供應(yīng)到第二區(qū)，以便在第一條件下形成石墨烯的區(qū)域中于第二條件下形成石墨烯。
[0020]第一區(qū)和第二區(qū)是彼此不同的第一室和第二室的內(nèi)部。
[0021]在本發(fā)明的又一方面中，在此提供了通過(guò)上述方法制造的石墨烯。
[0022]有益效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，首先，在石墨烯生長(zhǎng)時(shí)，石墨烯生長(zhǎng)在分開的區(qū)域，即，在石墨烯生長(zhǎng)時(shí)用于控制石墨烯的晶種密度的區(qū)域和用于填充晶種之間的間隙并使石墨烯完成生長(zhǎng)的區(qū)域，從而連續(xù)形成高品質(zhì)石墨稀薄膜。
[0024]由此，提供了具有兩種以上條件的形成區(qū)，從而在連續(xù)供應(yīng)催化劑金屬的同時(shí)形成石墨稀并顯著改善石墨稀品質(zhì)。
[0025]可使品質(zhì)改善最大化，并可因此通過(guò)提供具有不同條件的分開的室來(lái)顯著縮短石墨烯的生長(zhǎng)時(shí)間。
[0026]效果不限于上述那些，且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以下描述將清楚理解未在此描述的其它效果。
【附圖說(shuō)明】
[0027]被包含用于提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解的附圖圖示了本發(fā)明的實(shí)施方式，并和說(shuō)明書一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0028]在附圖中:
[0029]圖1是圖示了用于制造石墨烯的裝置的實(shí)例的示意圖；
[0030]圖2至圖4是圖示了石墨烯根據(jù)生長(zhǎng)條件的晶種密度的圖像；
[0031]圖5是圖示了用于制造石墨烯的裝置的另一實(shí)例的示意圖；和
[0032]圖6是圖示了用于制造石墨烯的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]現(xiàn)將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，其實(shí)例在附圖中示出。
[0034]然而，本發(fā)明允許各種修改和變化，并且其【具體實(shí)施方式】參照附圖舉例說(shuō)明并將進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明不應(yīng)被解讀為限于在此提出的實(shí)施方式，并且包括符合所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨或范圍的修改、變化、等價(jià)物和替代物。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)諸如層、區(qū)域或基板等元件被稱為在另一元件“上”時(shí)，其可以直接在該元件上，或者于其間還可以存在一個(gè)或多個(gè)插入元件。
[0036]此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然在本文中可使用諸如“第一”和“第二”等術(shù)語(yǔ)來(lái)描述元件、部件、區(qū)、層和/或區(qū)域，但所述元件、部件、區(qū)、層和/或區(qū)域不應(yīng)當(dāng)受限于這些術(shù)語(yǔ)。
[0037]圖1是圖示了用于制造石墨烯的裝置的實(shí)例的示意圖。
[0038]如圖1所示，用于制造石墨烯的裝置可以包括二個(gè)具有不同條件的形成區(qū)11和12，以及用于連續(xù)供應(yīng)催化劑金屬70使得催化劑金屬70通過(guò)形成區(qū)11和12的進(jìn)料器40。
[0039]換言之，用于制造石墨烯的裝置可以包括第一室10和連接至第一室10的第二室20，其中，第一室10和第二室20分別具有形成區(qū)11和12 ;以及用于連續(xù)地將催化劑金屬70供應(yīng)通過(guò)第一室10和第二室20的進(jìn)料器40。
[0040]此處，第一室10和第二室20可以分別包括氣體入口 12和22以及氣體出口 13和
23。因此，可以將在催化劑金屬70上形成石墨烯的碳源通過(guò)氣體入口 12和22供給到各個(gè)室10和20。
[0041]此外，各個(gè)室10和20包括加熱器50，且在各個(gè)室10和20中限定與加熱器50相鄰的形成區(qū)11和12。
[0042]S卩，使用加熱器50在形成區(qū)11和12中加熱催化劑金屬70，并且將含碳?xì)怏w(其是反應(yīng)氣體(原料氣))作為碳源供給以便在催化劑金屬70上形成石墨烯。
[0043]反應(yīng)氣體(CxHx)是含碳化合物，其可以是具有6個(gè)以下碳原子的化合物、具有4個(gè)以下碳原子的化合物或者具有2個(gè)以下碳原子的化合物。例如，含碳和氫(CxHx)的化合物可以用作反應(yīng)氣體。
[0044]在某些情況下，形成區(qū)11和12可以在一個(gè)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
[0045]同時(shí)，第一室10和第二室20在保持氣密的同時(shí)可以通過(guò)連接器30彼此連接。
[0046]通過(guò)第一室10和第二室20連續(xù)供應(yīng)催化劑金屬70的進(jìn)料器40可以使用輥41和42以卷的形式供給催化劑金屬70。
[0047]S卩，進(jìn)料器40可以包括設(shè)置在第一室10 —側(cè)并供給催化劑金屬70的進(jìn)料輥41。
[0048]此外，裝置可以包括設(shè)置在第二室20的另一側(cè)(即，在由進(jìn)料輥41供應(yīng)的穿過(guò)第一室10和第二室20的催化劑金屬70之后設(shè)置的位置)并收卷金屬催化劑70的收卷輥42 ο
[0049]因此，催化劑金屬70從進(jìn)料輥41供給并在穿過(guò)第一室10和第二室20的同時(shí)被連續(xù)運(yùn)載。石墨稀形成在催化劑金屬70上。
[0050]在此情況中，可在運(yùn)載催化劑金屬70的區(qū)域中提供氣密構(gòu)件80。S卩，氣密構(gòu)件80可以設(shè)置在第一室10的經(jīng)此供給和排出催化劑金屬70的部位、和第二室20的經(jīng)此供給和排出催化劑金屬70的部位。
[0051]同時(shí)，可以通過(guò)連接器30來(lái)保持將第一室10連接到第二室20的區(qū)域的氣密性。在該區(qū)域中，可以省略氣密構(gòu)件80。
[0052]在用于制造石墨烯的裝置中，可以將碳源供給至第一室10和第二室20。此時(shí)，可在第一條件下將碳源供給至第一室10，并且可在第二條件下將碳源供給至第二室20。
[0053]第一條件及第二條件可以包括溫度、氣體分壓、壓力和氛圍氣體。
[0054]通過(guò)滿足石墨烯在第一室10和第二室20中生長(zhǎng)的不同特定條件，石墨烯可以在催化劑金屬70連續(xù)穿過(guò)第一室10和第二室20的同時(shí)生長(zhǎng)。
[0055]例如，石墨烯晶種的密度可以根據(jù)碳源分壓而變化。一般而言，隨著碳源分壓降低，晶種密度降低。
[0056]晶種是石墨烯生長(zhǎng)為完整層之前存在于石墨烯的最初形成階段的島形物質(zhì)。晶種可以是構(gòu)成一個(gè)晶粒的片狀島。通常，一個(gè)顆粒具有一個(gè)結(jié)晶表面。
[0057]石墨烯的性質(zhì)(例如，電氣性質(zhì))可以根據(jù)石墨烯的生長(zhǎng)條件而顯著變化。
[0058]隨著石墨烯片狀島的尺寸增加，石墨烯的晶界減少。
[0059]如上所述，因?yàn)橐粋€(gè)晶粒具有相同的結(jié)晶表面，所以表述“石墨烯具有許多晶界”是指石墨烯具有不同的晶界。因此，許多晶界可以導(dǎo)致電氣性質(zhì)的劣化。即，隨著晶界減少，石墨烯的電氣性質(zhì)得以改善。
[0060]因此，當(dāng)具有很少晶界的石墨稀生長(zhǎng)時(shí)，可以形成尚品質(zhì)石墨稀。
[0061]圖2至圖4圖示了以不同晶種密度生長(zhǎng)的石墨烯。在附圖中，石墨烯并未完全生長(zhǎng)。
[0062]圖2示出了具有相當(dāng)?shù)兔?