CN103534206B - 石墨烯薄膜制造装置及石墨烯薄膜制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石墨烯薄膜制造装置，包括：原料流体供应部，供应含碳的原料流体；气体喷出部，从所述原料流体供应部得到所述原料流体的供应，并将所述原料流体热分解而喷出；加热装置，配置为对与所述气体喷出部中喷出的气体接触的催化剂基板进行加热，或者至少对与所述喷出的气体相接触的催化剂基板的区域进行局部加热。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯薄膜制造装置及石墨烯薄膜制造方法，尤其涉及一种便于改善工序简便性以及石墨烯薄膜特性的石墨烯薄膜制造装置及石墨烯薄膜制造方法。
背景技术
石墨烯(graphene)是一种碳原子形成二维蜂窝状排列的具有单层原子厚度的导电性物质。如果碳原子层叠为三维则成为石墨、如果卷绕成一维而呈现圆柱状则成为碳纳米管、而如果成为圆球状则会形成零维结构的富勒烯(fullerene)。石墨烯由于只由碳元素构成，因此在结构上和化学上非常稳定。
而且，由于石墨烯处于费米能级(Fermilevel)附近的电子的有效质量(effectivemass)很小，因此石墨烯内的电子移动速度几乎与光速相等。所以其电学性能非常良好，故作为新一代元件的材料而受到瞩目。并且，由于石墨烯的厚度为一个碳原子的厚度，因此有望作为超高速、超薄型电子元件而得到应用。
尤其，近来显示装置多被平板显示装置替代，而平板显示装置通常使用透明电极。作为代表性透明电极的ITO(IndiumTinOxide，铟锡氧化物)因其昂贵且制程难度高而应用受限，尤其不容易应用于柔性(Flexible)显示装置。与此相反，由于石墨烯被预测为将出色的伸缩性、柔性以及透明度集于一身的同时便于用相对简单的方法进行合成和图案化，因此正在研究其生产方法。
然而，虽然石墨烯具有如此优良的电学/机械/化学特性，却由于制造工艺的难度及由此带来的难以大量生产的问题而造成工业应用受局限。并且，如果利用可实现大量生产的化学还原法制造石墨烯，则会导致石墨烯的品质明显下降。
发明内容
技术问题
本发明可提供一种便于改善工序简便性以及石墨烯薄膜特性的石墨烯薄膜制造装置及石墨烯薄膜制造方法。
技术方案
本发明公开一种石墨烯薄膜制造装置，包括：原料流体供应部，供应含碳的原料流体；气体喷出部，从所述原料流体供应部得到所述原料流体的供应，并将所述原料流体热分解而以气体状态喷出；催化剂基板，配置为与从所述气体喷出部喷出的气体相接触；加热装置，配置为至少对与所述喷出的气体相接触的催化剂基板的区域进行局部加热。
在本发明中，还可以包括流体流量调节器，配置于所述原料流体供应部的一端，以用于调节从所述原料流体供应部供应到所述气体喷出部的流体的流量。
在本发明中，所述原料流体还可包括惰性气体及氢气。
在本发明中，所述气体喷出部可具有：储存部件，用于收容所述原料流体；加热部件，配置于所述储存部件的外围而将所述原料流体热分解；喷嘴部件，连接于所述储存部件而喷出被热分解的气体。
在本发明中，所述气体喷出部可形成为延伸状，以具有对应于所述催化剂基板的一个侧面宽度的宽度。
在本发明中，所述加热装置可配置为朝向所述催化剂基板的面当中与所述气体喷出部相对的面的相反面。
在本发明中，所述加热装置可配置于所述气体喷出部与所述催化剂基板之间。
在本发明中，所述加热装置可配置于所述气体喷出部的一端。
在本发明中，还可以包括：箱体，收容所述气体喷出部，并至少收容与所述喷出的气体相接触的所述催化剂基板的区域。
在本发明中，还可以包括连接于所述箱体的排气装置。
在本发明中，可通过卷对卷方式供应所述催化剂基板。
在本发明中，所述气体喷出部可在沿着一个方向移动的过程中喷出气体。
在本发明中，石墨烯薄膜制造装置中还可以包括：冷却部，配置为与所述气体喷出部分离，用于使与所述喷出的气体接触的催化剂基板的区域在经过预定时间后得到冷却。
在本发明中，所述冷却部可通过冷却气体的注入或冷却水的流动而执行冷却。
在本发明中，还能以卷对卷方式供应所述催化剂基板，并将所述冷却部配置于所述催化剂基板的区域当中的、在以卷对卷方式移动所述催化剂基板时从所述气体喷出部逐渐远离的区域。
在本发明中，所述冷却部可具有用于驱动所述催化剂基板的滚轴，而所述滚轴中可以有冷却水流过。
在本发明中，可将所述冷却部配置为与所述气体喷出部错开，以使所述催化剂基板经过对应于所述气体喷出部的区域之后，弯折预定角度行进之后经过所述冷却部。
在本发明中，所述气体喷出部可做线性运动，所述冷却部至少被配置于所述气体喷出部的一侧而与所述气体喷出部一起运动。
在本发明中，所述冷却部与所述气体喷出部之间可以配置有用于隔热的隔壁。
在本发明中，可将所述隔壁形成为包围所述气体喷出部。
在本发明中，所述冷却部可配置于所述气体喷出部的两侧。
根据本发明的另一方面，公开一种石墨烯薄膜制造方法，包括如下步骤：得到含碳原料流体的供应，并将所述原料流体热分解而以气体状态喷出；喷出的气体与催化剂基板接触而反应，其中，所述喷出的气体与所述催化剂基板接触的步骤包括对与所述喷出的气体接触的催化剂基板的区域进行局部加热的步骤。
在本发明中，所述喷出的气体与催化剂基板接触而反应的步骤可通过所述催化剂基板或所述气体喷出部的移动而连续地执行。
在本发明中，在执行所述喷出的气体与所述催化剂基板接触的步骤之后，还可以包括使与所述喷出的气体接触的所述催化剂基板的区域冷却的步骤。
有益效果
本发明中涉及的石墨烯薄膜制造装置及石墨烯薄膜制造方法便于实现工序的简便性以及石墨烯薄膜的优良特性。
附图说明
图1为示意性表示有关本发明一个实施例的石墨烯薄膜制造装置的立体图。
图2为沿着图1的Ⅱ-Ⅱ线截取的剖面图。
图3为示意性表示有关本发明另一实施例的石墨烯薄膜制造装置的立体图。
图4为沿着图3的Ⅳ-Ⅳ线截取的剖面图。
图5为示意性表示有关本发明又一实施例的石墨烯薄膜制造装置的立体图。
图6为示意性表示有关本发明又一实施例的石墨烯薄膜制造装置的立体图。
符号说明：
100、200、300、400：石墨烯薄膜制造装置
105、205、305、405：箱体
110、210、310、410：原料流体供应部
117、217、317、417：流体流量调节器
120、220、320、420：气体喷出部
121、221、321、421：喷嘴部件
122、222、322、422：储存部件
123、223、323、423：加热部件
130、230、330、430：催化剂基板
140、240、340、440：石墨烯薄膜
150、250、350：加热装置
160、260、360、460：排气装置
170、371、372：滚轴
390、490：冷却部
具体实施方式
以下，参照附图中图示的有关本发明的实施例而详细说明本发明的构成及作用。
图1为示意性表示有关本发明一个实施例的石墨烯(Graphene)薄膜制造装置100的立体图，图2为沿着图1中的Ⅱ-Ⅱ线截取的剖面图。
参照图1和图2，石墨烯薄膜制造装置100包括原料流体供应部110、气体喷出部120、催化剂基板130、加热装置150、以及箱体105。
原料流体供应部110具有多个流体供应部件111、112、113，各部件111、112、113分别供应不同的流体。多个流体供应部件111、112、113提供碳供应源流体以及惰性气体。作为碳供应源流体可以使用CH4、C2H6、C3H6、CO、C2H5或其他含碳的多种流体。作为惰性气体可使用N2、Ar、He或其他多种气体。而且，流体供应部件111、112、113还可以供应氢气。
气体喷出部120从原料流体供应部110得到碳供应源流体及惰性气体的供应，并将碳供应源流体进行热分解而以气体状态朝催化剂基板130方向喷出。具体而言，气体喷出部120通过连接管118而连接于原料流体供应部110。并且，在原料流体供应部110的一端配置流体流量调节器117，并可以通过流量调节器117轻易地控制从原料流体供应部110向气体喷出部120供应的流体的量。
气体喷出部120具有喷嘴部件121、储存部件122、以及加热部件123。从原料流体供应部110通过连接管118供应的气体到达储存部件122。
加热部件123配置于储存部件122的周围。加热部件123将储存部件122的流体即碳供应源流体加热而进行分解。例如在原料流体供应部110中将CH4气体使用为碳供应源流体的情况下，加热部件123将储存部件122内的CH4气体加热到可以分解为碳成分和氢成分的程度。加热部件123可以使用多种类型的热源，可利用卤素灯、红外线，并可以不受限制地选用其他热源，尤其是优选具备能够供应分解从原料流体供应部110得到的碳供应源流体所需的温度(约为800℃～1000℃)的热量的热源。然而本发明并不局限于此，热源可以提供多种温度的热量，即可以根据催化剂基板130的种类或催化剂基板130的厚度而选定为多种。作为具体实例，在催化剂基板130的厚度为数百纳米以下时，热源所供应的热量的温度约取200℃～400℃也无妨。
而且，为了进行有效的热分解，优选地，将加热部件123形成为包覆储存部件122。
在气体喷出部120的下部配置催化剂基板130。催化剂基板130可以包含从由铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铂(Pt)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、铑(Rh)、硅(Si)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)等组成的群中选择的一种以上元素。然而本发明并不局限于此，催化剂基板130也可以由多种金属、金属合金、或者具有与石墨烯相近的格子间距的陶瓷材料或六方氮化硼(h-BN)形成。催化剂基板130具有宽度D。
含碳的被分解流体(作为被分解的流体实为气体状态的流体，以下简称为“气体”)140a通过喷嘴部件121而朝催化剂基板130方向前进。结果，通过喷嘴部件121喷出的气体140a将与催化剂基板130接触。由此，碳与催化剂基板130进行反应并得到冷却而结晶，从而形成石墨烯薄膜140。为了有效地形成石墨烯薄膜140，优选地，使喷嘴部件121具有线状延伸的形态，以使喷嘴部件121具有对应于催化剂基板130的宽度D的宽度。
此时，为了有效地制造石墨烯薄膜140，将用于加热催化剂基板130的加热装置150配置于催化剂基板130的下部。加热装置150通过加热催化剂基板130而在气体140a与催化剂基板130接触时促进气体140a与催化剂基板130的反应。
即，至少要用加热催化剂基板130的区域当中与气体140a接触的区域所需的宽度和位置去配置加热装置150。然而本发明并不局限于此。即，加热装置150可以对催化剂基板130的区域当中将与气体140a接触的区域预先加热而促进反应。为此也可以加大加热装置150的宽度，将其形成为预先加热催化剂基板130的区域当中将与气体140a接触的区域所需的宽度。
连续供应催化剂基板130而使石墨烯薄膜140的连续制造有效地进行。即，利用配置于催化剂基板130下部的滚轴170而使催化剂基板130朝图1中的X方向连续行进。朝X方向行进的催化剂基板130将依次与从气体喷出部120喷出的气体140a接触。并且，如前所述，催化剂基板130的上部表面形成石墨烯薄膜140。尤其，由于催化剂基板130朝X方向连续前进，因此生成的气体140a与催化剂基板130反应之后随即脱离气体喷出部120和加热装置150并得到冷却，从而使石墨烯薄膜140的形成时间缩短。
箱体105形成为至少能够将气体喷出部120与催化剂基板130相接触而形成石墨烯薄膜140的区域包围。优选地，在箱体105内配置气体喷出部120、加热装置150、以及滚轴170。而且，催化剂基板130配置于箱体105中，为使催化剂基板130朝X方向连续前进，箱体105具有可开闭的入口105a和出口105b。由于存在箱体105，因此在制造石墨烯薄膜140时使用的气体以及残留气体不会向箱体105外部漏出。
箱体105内可以维持大气压状态。然而本发明并不局限于此，为了防止漏气以及有效地管理工序，也可以使箱体105内部维持真空或低压状态。
并且，将排气装置160配置为连接于箱体105。利用排气装置160而将制造石墨烯薄膜140之后残留的气体轻易地排出，从而防止连续制造石墨烯薄膜140时有杂质气体混入，并可以轻易地防止气体向箱体105外部漏出。
可将形成于催化剂基板130上的石墨烯薄膜140用于多种用途，可通过蚀刻等方法而从石墨烯薄膜140分离催化剂基板130而使用。
本实施例中的石墨烯薄膜制造装置100利用配备于气体喷出部120的加热部件123而将碳供应源流体加热分解，然后使气体140a与催化剂基板130接触。由于不用加热箱体105内的整个空间而只通过局部加热而使碳供应源流体热分解，因此可以有效地制造石墨烯薄膜140。
而且，由于以卷对卷(reel-to-reel)方式供应催化剂基板130，因此使连续的石墨烯薄膜140制造变得简单。尤其，由于使碳供应源流体被热分解而接触于催化剂基板130，因此不用将整个催化剂基板130加热至高达800℃～1000℃的碳供应源流体热分解温度。结果，气体140a与催化剂基板130反应，并有用于碳的结晶化的冷却连续而及时地进行，因此石墨烯薄膜140的制造工序用时显著减少。
此时，通过将加热装置150配置为与催化剂基板130的区域当中接触于气体140a的区域相对应，从而促进催化剂基板130与气体140a的反应。尤其，由于对催化剂基板130不是整体加热而只是局部加热，因此可以提高工序的效率。即，通过局部加热催化剂基板130而制造石墨烯薄膜140时，可以显著缩减需要相当多的时间的借助于冷却的结晶化工序。
图3为示意性表示涉及本发明另一实施例的石墨烯薄膜制造装置200的立体图，图4为沿着图3的Ⅳ-Ⅳ线截取的剖面图。
参照图3和图4，石墨烯薄膜制造装置200包括原料流体供应部210、气体喷出部220、催化剂基板230、加热装置250、以及箱体205。
原料流体供应部210具有多个气体供应部件211、212、213，各部件分别供应不同气体。
气体喷出部220从原料流体供应部210得到碳供应源流体以及惰性气体的供应，并将碳供应流体热分解而朝催化剂基板230方向喷出。具体而言，气体喷出部220通过连接管218而连接于原料流体供应部210。并且，原料流体供应部210的一端配置有流体流量调节器217，可通过流体流量调节器217而轻易地控制从原料流体供应部210向气体喷出部220供应的气体的量。
气体喷出部220具有喷嘴部件221、储存部件222、以及加热部件223。由原料流体供应部210通过连接管218而供应的气体到达储存部件222。
加热部件223配置于储存部件222的周围。加热部件223将储存部件222中的气体即碳供应源流体加热分解。例如在原料流体供应部210中将CH4使用为碳供应源流体的情况下，加热部件223将储存部件222内的CH4流体加热到可以分解为碳成分和氢成分的程度。加热部件223可以使用多种类型的热源，可利用卤素灯、红外线，并可以不受限制地选用其他热源，尤其是优选具备能够供应分解从原料流体供应部210得到的碳供应源流体所需的温度(约为800℃～1000℃)的热量的热源。
然而本发明并不局限于此，热源可以提供多种温度的热量，即可以根据催化剂基板230的种类或催化剂基板230的厚度而选定为多种。作为具体实例，在催化剂基板230的厚度为数百纳米以下时，热源所供应的热量的温度约取200℃～400℃也无妨。
气体喷出部220的下部配置有催化剂基板230。催化剂基板230具有宽度D。
被分解流体(作为被分解的流体实为气体状态的流体，以下简称为“气体”)240a(尤其是含碳气体240a)通过喷嘴部件221而以气体状态朝催化剂基板230方向前进。结果，通过喷嘴部件221喷出的气体240a与催化剂基板230接触。由此，碳与催化剂基板230进行反应并得到冷却而结晶，从而形成石墨烯薄膜240。为了高效地形成石墨烯薄膜240，优选地，使喷嘴部件221具有线状延伸的形态，以使喷嘴部件221具有对应于催化剂基板230的宽度D的宽度。
此时，为了有效地制造石墨烯薄膜240，将用于加热催化剂基板230的加热装置250配置于催化剂基板230的上部。即，将加热装置250配置于催化剂基板230与气体喷出部220之间，优选地，可将加热装置250配置于气体喷出部220的一端。
加热装置250通过预先加热催化剂基板230而在气体240a与催化剂基板230接触时促进气体240a与催化剂基板230的反应。
即，加热装置250被配置为具有能够加热催化剂基板230的区域当中的至少与气体240a接触的区域的宽度和位置。即，可将加热装置250配置于气体喷出部220的一端，并以不超出气体喷出部220的宽度范围的大小进行配置。如图4所示，可将加热装置250形成为连接于储存部件222的一端并与喷嘴部件221分离。
为了有效地进行石墨烯薄膜240的连续制造，气体喷出部220相对催化剂基板230移动。即，气体喷出部220沿着图3中的X方向连续行进。朝X方向行进的气体喷出部220中喷出的气体240a将依次与催化剂基板230接触。
结果，催化剂基板230的上部表面将连续形成石墨烯薄膜240。尤其，由于气体喷出部220朝X方向连续前进，因此生成的气体240a与催化剂基板230反应之后随即脱离气体喷出部220和加热装置250并得到冷却，从而使石墨烯薄膜240的形成时间缩短。
箱体205形成为至少能够将气体喷出部220与催化剂基板230相接触而形成石墨烯薄膜240的区域包围。优选地，在箱体205内配置气体喷出部220、加热装置250、以及催化剂基板230。由于存在箱体205，因此在制造石墨烯薄膜240时使用的气体以及残留气体不会向箱体205外部漏出。
箱体205内可以维持大气压状态。然而本发明并不局限于此，为了防止漏气以及高效的工序管理，也可以使箱体205内部维持真空或低压状态。
并且，将排气装置260配置为连接于箱体205。利用排气装置260而将制造石墨烯薄膜240之后残留的气体轻易地排出，从而防止连续制造石墨烯薄膜240时有杂质气体混入，并可以轻易地防止气体向箱体205外部漏出。
本实施例中的石墨烯薄膜制造装置200利用配备于气体喷出部220的加热部件223而将碳供应源流体加热并使之热分解，然后使气体240a与催化剂基板230接触。由于不用加热箱体205内的整个空间而只通过局部加热而使碳供应源气体热分解，因此可以高效地制造石墨烯薄膜240。
而且，由于在移动气体喷出部220的同时执行工序，因此容易连续制造石墨烯薄膜240。尤其，由于使碳供应源流体被热分解而接触于催化剂基板230，因此不用将整个催化剂基板230加热至高达800℃～1000℃的碳供应源气体的热分解温度。结果，气体240a与催化剂基板230反应，并有用于碳的结晶化的冷却连续而及时地进行，因此石墨烯薄膜240的制造工序用时显著减少。
此时，通过将加热装置250配置为与催化剂基板230的区域当中接触于气体240a的区域相对应，从而促进催化剂基板230与气体240a的反应。尤其，由于对催化剂基板230不是整体加热而只是局部加热，因此可以提高工序的效率。即，通过局部加热催化剂基板230而制造石墨烯薄膜240时，可以显著缩减需要相当多的时间的借助于冷却的结晶化工序。
图5为示意性表示涉及本发明又一实施例的石墨烯薄膜制造装置的立体图。
参照图5，石墨烯薄膜制造装置300包括原料流体供应部310、气体喷出部320、催化剂基板330、加热装置350、箱体305、以及冷却部390。
本实施例中的石墨烯薄膜制造装置300与图1及图2中的石墨烯薄膜制造装置100相似。为了说明的方便，重点说明与图1及图2的实施例的不同之处。
原料流体供应部310具有多个流体供应部件311、312、313。多个流体供应部件311、312、313供应碳供应源流体以及惰性气体。
气体喷出部320从原料流体供应部310得到碳供应源流体以及惰性气体的供应，并将碳供应源流体热分解而以气体状态朝催化剂基板330方向喷出。
虽然没有图示，然而本实施例中的气体喷出部320与图1和图2中的气体喷出部120相同，也具有喷嘴部件(未图示)、储存部件(未图示)、以及加热部件(未图示)。
将催化剂基板330配置为与气体喷出部320面对。即，通过配置气体喷出部320和催化剂基板330而使从气体喷出部320喷出的气体朝向催化剂基板330。
含碳的气体340a通过气体喷出部320而向催化剂基板330方向前进。结果，通过气体喷出部320喷出的气体340a将与催化剂基板330接触。由此，使碳与催化剂基板330反应并结晶化而形成石墨烯薄膜340。
此时，为了有效地制造石墨烯薄膜340，将用于加热催化剂基板330的加热装置350配置于催化剂基板330的下部。加热装置350通过加热催化剂基板330而在气体340a与催化剂基板330接触时促进气体340a与催化剂基板330的反应。
为了有效地进行石墨烯薄膜340的连续制造而连续地供应催化剂基板330。即，利用配置在催化剂基板330下部的第一滚轴371、第二滚轴372而使催化剂基板330向图5中的X方向连续行进。朝X方向行进的催化剂基板330将依次与气体喷出部320喷出的被分解气体340a接触。并且，如前所述，催化剂基板330的上表面将形成石墨烯薄膜340。
将冷却部390配置为与气体喷出部320分离。将冷却部390配置为促进前述的形成于催化剂基板330上表面的石墨烯薄膜340有效生长(growth)。为此，可如图所示地以卷对卷方式供应催化剂基板330，并将冷却部390配置于催化剂基板330的下游区域，即配置于让已形成石墨烯薄膜并以卷对卷方式移动的催化剂基板330部分从气体喷出部320逐渐远离而经过的区域。冷却部390可利用多种冷却方式，如可以使冷却水流过或者向冷却部390内的区域注入冷却气体。作为利用冷却水的一例，可以向第二滚轴372内部注入冷却水而借助于第二滚轴372而执行冷却工序。在此情况下，冷却部390也可以不需要单独的外壳等用于与外部划界的划界部分。与此相比，在利用注入冷却气体的方法时，冷却部390需要具有预定的分界。即，可将冷却部390形成为具有如图5的虚线所示划界部分，由此向冷却部390内部注入冷却气体。
在图5中图示了冷却部390与配置有气体喷出部320的区域并排布置的情形，然而本发明并不局限于此。即，为了使冷却部390与气体喷出部320的分离更加有效，也可以将所述冷却部390配置为与所述气体喷出部320错开，使经过气体喷出部320的催化剂基板330以弯折预定角度的路径行进而经过所述冷却部390，从而不将冷却部390与气体喷出部320并排布置，但其配置方法要根据工序条件等而具体地确定。
箱体305要形成为至少包围气体喷出部320与催化剂基板330接触而形成石墨烯薄膜340的区域。箱体305具有可开闭的入口305a和出口305b。并且，将排气装置360配置为与箱体305连接。
尤其如前所述地在为了使冷却部390与气体喷出部320有效地分离而不予并排布置的情况下，使排气装置360与配置有冷却部390的区域分离而与接近配置有气体喷出部320的区域即石墨烯合成区域连接。
在本实施例的石墨烯薄膜制造装置300中，通过气体喷出部320和催化剂基板330形成的石墨烯薄膜340依次于冷却部390中得到冷却而使石墨烯薄膜340的生长有效地进行，从而可以显著减少最终制造出石墨烯薄膜340的用时。并且，最终制造出的石墨烯薄膜340的均匀度提高。而且，由于在制造石墨烯薄膜340时在冷却部390中直接冷却，因此无需中断而可以直接进行蚀刻或转印等后续工序。
图6为示意性表示涉及本发明又一实施例的石墨烯薄膜制造装置的立体图。
参照图6，石墨烯薄膜制造装置400包括原料流体供应部410、气体喷出部420、催化剂基板430、加热装置、以及箱体405。
本实施例中的石墨烯薄膜制造装置400与图3和图4中的石墨烯薄膜制造装置200相似。为了说明的方便，重点说明与图3及图4的实施例的不同之处。
原料流体供应部410具有多个流体供应部件411、412、413，各部件分别供应不同气体。
气体喷出部420从原料流体供应部410得到碳供应源流体及惰性气体的供应，并将碳供应源流体热分解而朝催化剂基板430方向喷出。
虽然没有图示，然而本实施例中的气体喷出部420与图3及图4中的气体喷出部320相同，也具有喷嘴部件(未图示)、储存部件(未图示)、以及加热部件(未图示)。
催化剂基板430配置于气体喷出部420的下部。催化剂基板430具有宽度D。
气体440a(尤其是含碳气体440a)通过气体喷出部420而以气体状态朝催化剂基板430方向前进。结果，通过气体喷出部420喷出的气体440a将与催化剂基板430接触。由此，碳与催化剂基板430反应并冷却而结晶化，从而形成石墨烯薄膜440。
为了有效地进行石墨烯薄膜440的连续制造，气体喷出部420相对催化剂基板430移动。即，气体喷出部420朝图6中的X方向连续行进。朝X方向行进的气体喷出部420中喷出的气体440a将依次与催化剂基板430接触。结果，催化剂基板430的上表面形成连续的石墨烯薄膜440。然而本发明并不局限于此，也可以使气体喷出部420形成为能够沿着两个方向做直线运动。即，可以将气体喷出部420形成为朝X方向及X的反方向移动。在此情况下，可用多种方法制造石墨烯薄膜440，可以沿着X方向先制造石墨烯薄膜440之后再沿着X的反方向制造另外的石墨烯薄膜440。据此，在生产大量石墨烯薄膜440时，可减少气体喷出部420的移动时间而缩短工序进行时间。
将冷却部490配置为与气体喷出部420分离。冷却部490被配置为有助于前述的形成于催化剂基板430上表面的石墨烯薄膜440的有效生长(growth)。
冷却部490具体包括第一冷却部件491和第二冷却部件492。将第一冷却部件491配置为在气体喷出部420的一侧与气体喷出部420分离，并将第二冷却部件492配置为在气体喷出部420的另一侧与气体喷出部420分离。此时，优选地，有选择性地驱动第一冷却部件491和第二冷却部件492。即，如图6所示，朝X方向行进中制造石墨烯薄膜440的情况下，优选只驱动第一冷却部件491。虽然没有图示，但是朝X的反方向行进中制造石墨烯薄膜440的情况下，优选只驱动第二冷却部件492。即，优选地，通过驱动冷却部490的冷却部件491、492而使形成于催化剂基板430上的石墨烯薄膜440冷却。
冷却部490可以使用多种冷却方式，如可以使冷却水流入冷却部490内部或者向冷却部490内的区域注入冷却气体。
并且，冷却部490与气体喷出部420一起移动。即，与气体喷出部420相同，也被配置为朝X方向或X的反方向做直线运动。
冷却部490与气体喷出部420被隔壁480所分开。即，防止冷却部490的冷却气体或冷却水等冷却物对气体喷出部420的加热工序产生影响。为此，用隔热部件形成隔壁480。而且，为了有效地隔热，优选地，将隔壁480配置为包围气体喷出部420。
箱体405形成为至少能够将气体喷出部420与催化剂基板430相接触而形成石墨烯薄膜440的区域包围。优选地，在箱体405内配置气体喷出部420、加热装置、催化剂基板430、以及冷却部490。将排气装置460配置为与箱体405连接。
虽然没有图示，然而当然可以采用当催化剂基板330以卷对卷方式移动时(参照图5)同时有气体喷出部420发生移动(参照图6)的方式。而且，在此情况下，可以具有前述实施例中的冷却部390或冷却部490。
在本实施例的石墨烯薄膜制造装置400中，通过气体喷出部420和催化剂基板430形成的石墨烯薄膜440依次于冷却部490中得到冷却而使石墨烯薄膜440的生长有效地进行，从而可以显著减少最终制造出石墨烯薄膜440的用时。并且，最终制造出的石墨烯薄膜440的均匀度得到提高。而且，由于在制造石墨烯薄膜440时在冷却部490中直接冷却，因此无需中断而可以直接进行例如蚀刻或转印之类的后续工序。
前述的实施例中说明了石墨烯薄膜制造装置100、200、300、400分别具有一个气体喷出部120、220、320、420的情形，然而本发明并不局限于此，为了使工序有效地进行，当然也可以根据工序条件、空间条件、以及其他设计条件而在石墨烯薄膜制造装置100、200、300、400中分别配备多个气体喷出部。
已参考附图所示实施例对本发明进行了说明，然而这只是示例性的，本发明所属技术领域中具有普通知识的人员即可明白由此可以导出多种变形例及其他等价实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应当由权利要求书的技术思想确定。
Claims (20)
1.一种石墨烯薄膜制造装置，包括：
原料流体供应部，供应含碳的原料流体；
一个气体喷出部，从所述原料流体供应部得到所述原料流体的供应，并将所述原料流体热分解而以气体状态喷出；
催化剂基板，配置为与从所述气体喷出部喷出的气体相接触；
一个加热装置，配置在所述一个气体喷出部与所述催化剂基板之间或者所述催化剂基板的下部，以至少对与所述喷出的气体相接触的催化剂基板的区域进行局部加热，
冷却部，配置为与所述气体喷出部分离，用于使与喷出的气体接触的所述催化剂基板的区域在经过预定时间后得到冷却，
其中，所述气体喷出部在沿着一个方向移动的过程中喷出气体。
2.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，还包括：
流体流量调节器，配置于所述原料流体供应部的一端，以用于调节从所述原料流体供应部供应到所述气体喷出部的流体的流量。
3.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述原料流体还包括惰性气体以及氢气。
4.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述气体喷出部具有：
储存部件，用于收容所述原料流体；
加热部件，配置于所述储存部件的外围而将所述原料流体热分解；
喷嘴部件，连接于所述储存部件而喷出热分解的气体。
5.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述气体喷出部形成为延伸状，以具有对应于所述催化剂基板的一个侧面宽度的宽度。
6.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，将所述加热装置配置为朝向所述催化剂基板的面当中与所述气体喷出部面对的面的相反面。
7.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述加热装置配置于所述气体喷出部的一端。
8.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，还包括：
箱体，收容所述气体喷出部，并至少收容与所述喷出的气体相接触的所述催化剂基板的区域。
9.如权利要求8所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，还包括连接于所述箱体的排气装置。
10.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，以卷对卷方式供应所述催化剂基板。
11.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述冷却部通过冷却气体的注入或冷却水的流动而执行冷却。
12.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，以卷对卷方式供应所述催化剂基板，并将所述冷却部配置于所述催化剂基板的区域当中的、在以卷对卷方式移动所述催化剂基板时从所述气体喷出部逐渐远离的区域。
13.如权利要求12所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述冷却部具有用于驱动所述催化剂基板的滚轴，而所述滚轴中有冷却水流过。
14.如权利要求12所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，将所述冷却部配置为与所述气体喷出部错开，以使所述催化剂基板经过对应于所述气体喷出部的区域之后，弯折预定角度行进之后经过所述冷却部。
15.如权利要求1所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述气体喷出部做线性运动，所述冷却部至少被配置于所述气体喷出部的一侧而与所述气体喷出部一起运动。
16.如权利要求15所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述冷却部与所述气体喷出部之间配置有用于隔热的隔壁。
17.如权利要求15所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，将所述隔壁形成为包围所述气体喷出部。
18.如权利要求15所述的石墨烯薄膜制造装置，其中，所述冷却部配置于所述气体喷出部的两侧。
19.一种石墨烯薄膜制造方法，包括如下步骤：
得到含碳原料流体的供应，并将所述原料流体热分解而通过一个气体喷出部以气体状态喷出；
喷出的气体与催化剂基板接触而反应，
其中，所述喷出的气体与所述催化剂基板接触的步骤包括通过配置在所述一个气体喷出部与所述催化剂基板之间或者所述催化剂基板的下部的一个加热装置对与所述喷出的气体接触的催化剂基板的区域进行局部加热的步骤，
而且，还包括通过配置为与所述气体喷出部分离的冷却部，使与喷出的气体接触的所述催化剂基板的区域在经过预定时间后得到冷却的步骤，
并且，所述气体喷出部在沿着一个方向移动的过程中喷出气体。
20.如权利要求19所述的石墨烯薄膜制造方法，其中，所述喷出的气体与催化剂基板接触而反应的步骤通过所述催化剂基板或所述气体喷出部的移动而连续地执行。
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