一種制備石墨烯的夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石墨烯制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備石墨烯的夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格結(jié)構(gòu)的單原子層二維平面薄膜。2004年，才由英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆(Andre Geim)和康斯坦丁.諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨稀，首次證明單原子層二維材料可以獨(dú)立存在。石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)，在石墨烯被發(fā)現(xiàn)短短幾年內(nèi)便得到廣泛的研宄。發(fā)現(xiàn)石墨烯的科學(xué)家Andre Geim和Konstantin Novoselov也由于他們在石墨稀上的開創(chuàng)性工作而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。石墨烯在新能源、新材料、電子器件等諸多方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]經(jīng)過近幾年的發(fā)展，可以通過多種方法獲得石墨烯，主要有:(I)機(jī)械剝離法。這種方法獲得石墨烯面積小且不可重復(fù)，僅適合實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研宄使用。(2) SiC高溫外延生長石墨烯。這種方法主要是通過高溫條件(大于1200度)將SiC表面的Si原子蒸發(fā)掉，剩余的C原子在表面重新組合形成石墨烯，這種方法制備石墨烯成本高，且轉(zhuǎn)移困難。(3)還原氧化石墨烯法。這種方法主要制備石墨烯粉末，做成的石墨烯薄膜缺陷高，導(dǎo)電性差。(4)化學(xué)氣相沉積法(CVD)。該方法制備石墨烯薄膜面積大，成本低，質(zhì)量高，具極大的應(yīng)用前景。CVD已經(jīng)發(fā)展成制備石墨烯薄膜最有前景的方法之一。CVD法是在真空容器中將甲烷等碳源加熱至特定溫度下使其分解，然后在N1、Cu等過渡金屬箔上形成石墨稀膜的技術(shù)。CVD制備高質(zhì)量的石墨烯通常需要在石墨烯生長襯底熔點(diǎn)(1000度左右)進(jìn)行，且使用厚度小于100微米的過渡金屬作為石墨烯生長襯。確保生長襯底表面的平整性的同時(shí)，在制備石墨烯薄膜時(shí)還要避免金屬襯底之間因相互接觸、粘合而變形，所以限制了單次制備石墨烯的量。雖然韓國成均館大學(xué)可以一次制備對角線達(dá)15英寸的石墨烯薄膜，但其采用直徑為8英寸的管式爐，并將石墨烯生長襯底鋪滿整體爐管內(nèi)壁獲得，其余生長空間并沒有被合理利用，不僅單生長批次制備的數(shù)量少，而且還造成資源浪費(fèi)。近期，日本索尼采用電極加熱生長襯底的辦法實(shí)現(xiàn)了卷對卷生長石墨烯，但由于是局部加熱且溫度較低，制備出的石墨烯質(zhì)量差，不能滿足應(yīng)用需求。如何快速、規(guī)?；苽浯竺娣e、高質(zhì)量石墨烯的方法一直沒有取得突破，極大的限制了石墨烯制備的效率和產(chǎn)量，阻礙了其進(jìn)一步的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
[0004]在工業(yè)化制備石墨烯的進(jìn)程中，石墨烯的生長方式和夾具設(shè)計(jì)更是沒有很好發(fā)展，石墨烯產(chǎn)量低，造成資源的極大浪費(fèi)。近期，雖然有些專利實(shí)用新型就合理利用石墨烯有限的生長空間提出了解決方案并給出相關(guān)夾具(如:CN 203451615 U)，但夾具結(jié)構(gòu)團(tuán)笨重，樣品尺寸不統(tǒng)一，自動化操作流程難以實(shí)現(xiàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能合理利用工藝腔內(nèi)有限的生長空間，在保證制備石墨烯薄膜品質(zhì)的同時(shí)，盡可能最大程度的增加單批次制備石墨烯薄膜的數(shù)量實(shí)現(xiàn)資源浪費(fèi)最小化，成本最低化，且可應(yīng)用于自動化工藝流程中的制備石墨烯的夾具。
[0006]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種制備石墨烯的夾具，包括水平設(shè)置的頂框、底框和裝載托盤，所述頂框和所述底框通過豎直設(shè)置的第一側(cè)板、第二側(cè)板和擋板固定連接，所述擋板與所述第一側(cè)板、第二側(cè)板豎直設(shè)置，所述頂框、所述底框均屬于中間開孔的平面結(jié)構(gòu)，所述頂框、所述底框、所述第一側(cè)板、所述第二側(cè)板和所述擋板組成一側(cè)面開口的四方體結(jié)構(gòu)，所述第一側(cè)板、所述第二側(cè)板和所述擋板分別位于所述四方體結(jié)構(gòu)的另外三個側(cè)面上，所述第一側(cè)板和所述第二側(cè)板相對平行設(shè)置，所述第一側(cè)板朝向所述第二側(cè)板的一面上和所述第二側(cè)板朝向所述第一側(cè)板一面上均設(shè)有多個上下均勻分布且對應(yīng)等高的托盤槽，所述裝載托盤兩相對的側(cè)邊分別插在所述第一側(cè)板上的所述托盤槽內(nèi)和所述第二側(cè)板上的所述托盤槽內(nèi)。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果是:本夾具合理利用工藝腔內(nèi)有限的生長空間，在保證制備石墨烯薄膜品質(zhì)的同時(shí)，盡可能最大程度的增加單批次制備石墨烯薄膜的數(shù)量實(shí)現(xiàn)資源浪費(fèi)最小化，成本最低化。此外，本夾具可應(yīng)用于石墨烯自動化工藝流程中，實(shí)現(xiàn)石墨烯生長基底切片、裝樣、插片、生長、取樣、取片等環(huán)節(jié)的自動化操作，保證各批次石墨烯樣片的均勻性和穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和良率。側(cè)板的托盤槽用于固定裝載托盤，裝載托盤用于裝載石墨烯生長襯底，擋板用于定位裝載托盤插入的位置，同時(shí)對石墨烯生長襯底被工藝氣體氣流吹走起雙重阻擋作用。
[0008]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。
[0009]進(jìn)一步，所述擋板上均勻設(shè)有通氣孔。
[0010]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:擋板上通氣孔的設(shè)置有利于工藝氣體流通，減輕夾具的重量。
[0011]進(jìn)一步，所述第一側(cè)板的數(shù)量為一個或一個以上，優(yōu)選的，所述第一側(cè)板的數(shù)量為三個，三個所述第一側(cè)板處于同一平面，相鄰的兩個所述第一側(cè)板之間設(shè)有間隔。
[0012]進(jìn)一步，所述第一側(cè)板上設(shè)有小孔。
[0013]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:第一側(cè)板可取一塊整板也可以取幾塊小板的組合，采用三個第一側(cè)板既能對裝載托盤起到很好的固定支撐作用，又能減輕框架結(jié)構(gòu)的總重量，且有利于工藝氣體在石墨烯生長基底表面之間的流動，第一側(cè)板上設(shè)置小孔，增加氣體流通性及減小夾具的總重量。
[0014]進(jìn)一步，所述第二側(cè)板的數(shù)量為一個或一個以上，優(yōu)選的，所述第二側(cè)板的數(shù)量為三個，三個所述第二側(cè)板處于同一平面，相鄰的兩個所述第二側(cè)板之間設(shè)有間隔。
[0015]進(jìn)一步，所述第二側(cè)板上設(shè)有小孔。
[0016]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:第二側(cè)板可取一塊整板也可以取幾塊小板的組合，采用三個第二側(cè)板既能對裝載托盤起到很好的固定支撐作用，又能減輕框架結(jié)構(gòu)的總重量，且有利于工藝氣體在石墨烯生長基底表面之間的流動，第二側(cè)板上設(shè)置小孔，增加氣體流通性及減小夾具的總重量。
[0017]進(jìn)一步，所述擋板的數(shù)量為一個或一個以上，優(yōu)選的，所述擋板的數(shù)量為兩個，兩個所述擋板處于同一平面上，兩個所述擋板之間設(shè)有間隔。
[0018]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:擋板可以取一塊，也可以是多塊的組合，采用兩個擋板，且擋板之間設(shè)有間隔既能阻擋石墨烯生長襯底被工藝氣體氣流吹走，又能保證不會對工藝氣體的流通起到過大的阻擋。
[0019]進(jìn)一步，所述裝載托盤上均勻設(shè)有若干通孔。
[0020]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:裝載托盤上均勻設(shè)置若干通孔，能釋放石墨烯生長襯底下面的積壓氣體，同時(shí)也可以減輕托盤的重量。
[0021]進(jìn)一步，所述裝載托盤連接所述第一側(cè)板的側(cè)邊、連接所述第二側(cè)板的側(cè)邊和連接擋板的側(cè)邊均為突起結(jié)構(gòu)。
[0022]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:突起結(jié)構(gòu)的設(shè)置能對放在裝載托盤上的石墨稀生長襯底起到定位作用。
[0023]進(jìn)一步，所述裝載托盤位于所述四方體結(jié)構(gòu)側(cè)面開口的側(cè)邊上設(shè)有取樣缺口。
[0024]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:取樣缺口的設(shè)置用于石墨烯生長工藝結(jié)束后，在自動化工藝流程中，便于機(jī)械手定位，精確夾取石墨烯生長襯底的位置。
[0025]采用本實(shí)用新型所述夾具制備石墨烯的方法，包括以下步驟:
[0026]步驟一，將石墨烯生長基底放入裝載托盤中間內(nèi)凹部分中；
[0027]步驟二，將多個裝載有石墨烯生長襯底的裝載托盤平行插入到所述托盤槽內(nèi)；
[0028]步驟三，將裝載有石墨烯生長襯底的夾具放置于石墨烯生長裝置中，采用化學(xué)氣相沉積法沉積石墨烯薄膜；
[0029]步驟四，待石墨烯生長完成后，將夾具從石墨烯生長裝置中取出，然后將所述裝載托盤從夾具上取下，再將生長有石墨烯的石墨烯生長襯底從裝載托盤的取樣缺口將其平整取下，即得生長有石墨烯的石墨烯生長襯底。
[0030]進(jìn)一步，所述步驟一中的所述石墨烯生長襯底為材質(zhì)為銅、鎳、鐵、鈷、鉑、釕中的一種或它們之間任意幾種組合組成的合金的箔材。
[0031]進(jìn)一步，所述步驟一中的所述石墨烯生長襯底的厚度為10-200微米。
[0032]上述方法的有益效果是:能合理利用工藝腔內(nèi)有限的生長空間，在保證制備石墨烯薄膜品質(zhì)的同時(shí)，盡可能最大程度的增加單批次制備石墨烯薄膜的數(shù)量實(shí)現(xiàn)資源浪費(fèi)最小化，成本最低化。
【附圖說明】
[0033]圖1為本實(shí)用新型制備石墨烯的夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本實(shí)用新型制備石墨烯的夾具的四方體框架結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0035]圖3為本實(shí)用新型制備石墨烯的夾具的的裝載托盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為本實(shí)用新型制備石墨烯的流程圖；
[0037]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:
[0038]1、頂框，2、底框，3、裝載托盤，4、第一側(cè)板，5、第二側(cè)板，6、擋板，7、托盤槽，8、通氣孔，9、通孔，10、突起結(jié)構(gòu)，11、取樣缺口。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。
[0040]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型所述的一種制備石墨烯的夾具，包括水平設(shè)置的頂框1、底框2和裝載托盤3，所述頂框I和所述底框2通過豎直設(shè)置的第一側(cè)板4、第二側(cè)板5和擋板6固