CN104388934A - 一种用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置，包括底板、与底板固定连接的固定柱、下夹具和上夹具，下夹具为一方形凹块，凹块两边对应设置有孔，凹陷处便于刻蚀液流入用于刻蚀催化基底，上夹具为一方形方块，方形方块与方形凹块的长宽尺寸相同，方形方块上在与方形凹块相对应的位置处设置有孔，孔可以穿过固定柱。本发明能够同时对多个生长有石墨烯薄膜的催化基底进行刻蚀，提高生产效率，同时工装装置具有结构简单，易于制造的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种工装装置，特别涉及到一种用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置。
背景技术
石墨烯是碳原子按sp2杂化轨道组成六角型晶格的单原子层平面薄膜，作为一种新型半导体材料，具有高透光率、高导电率的特点。化学气相沉积法制备石墨烯是利用甲烷等含碳化合物作为碳源，通过碳源在催化基底表面的高温分解生长得到石墨烯。催化基底一般选用铜、镍、铂等过渡金属元素制成的薄片，由于铜基底在化学气相沉积法制备石墨烯时表现出独特的“自限生长”，因此适用于工业化大规模制备单层石墨烯薄膜。
目前实验室主要采用化学气相沉积法在催化基底上制备石墨烯薄膜，然后在表面旋涂有机物支撑层，将带有支撑层的石墨烯放入刻蚀液中，由于有机物支撑层密度小，能够让薄膜漂浮在刻蚀液的液面上，待催化基底被刻蚀完毕后，将带有支撑层的石墨烯表面的刻蚀液残留洗净，吹干，然后去除表面的支撑层便可用于下一步的石墨烯转移工艺。实验室所用的石墨烯片的面积一般 在2 cm×2 cm，而工业化大规模生产所得到生产石墨烯薄膜在切片后的面积至少为25 cm×25 cm，这样大面积的石墨烯薄膜在表面贴合支撑层特别是热释放胶带或者硅胶胶带这样柔软的支撑层后，若直接放入刻蚀液中进行溶解，由于整个支撑层比较柔软，特别是在催化基底被溶解后，由于石墨烯层暴露出来，若没有外在的固定保护，支撑层容易弯曲变形，导致附着在支撑层上的石墨烯发生弯曲或者变形，破坏石墨烯的完整性，此外，石墨烯层在刻蚀开始或者结束后若没有辅助固定，则在移动支撑层时，容易发生石墨烯与刻蚀液槽壁发生碰撞的情况，从而导致石墨烯损伤。为提高石墨烯产品质量，需要辅助夹具对支撑层进行固定，从而减少石墨烯层与周围物体碰撞的可能性，提高产品质量。另外，采用传统的一片支撑层在刻蚀液表面漂浮的方式，效率低，为有效提高整个刻蚀液槽的空间利用率，需要一种能够同时进行多片催化基底进行刻蚀的工装装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置，能够同时进行多个生长有石墨烯薄膜的催化基底进行刻蚀。
本发明的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置包括底板、与底板固定连接的固定柱、下夹具和上夹具；所述下夹具为一方形凹块，凹块两边对应设置有孔，所述凹陷处便于刻蚀液流入用于刻蚀催化基底；所述上夹具为一方形方块，方形方块与方形凹块的长宽尺寸相同，方形方块上在与方形凹块相对应的位置处设置有孔；所述孔可以穿过固定柱。
进一步地，所述与底板固定连接的固定柱数量为6个；所述下夹具和上夹具上各设置有6个孔。
进一步地，所述与底板固定连接的固定柱为圆形或方形；所述下夹具和上夹具上设置的孔为圆形或方形。
进一步地，所述与底板固定连接的固定柱为圆形时，其直径为0.1 cm-3 cm。
进一步地，底板、与底板固定连接的固定柱、下夹具和上夹具均采用PVC（聚氯乙烯）、PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）等耐酸碱腐蚀的工程塑料制成。
进一步地，所述方形方块与方形凹块的厚度均为1 cm-50 cm。
本发明提供的工装装置的使用方法如下：
1) 取长度为200-400 cm，宽度为200-400 cm的热释放胶带或者硅胶带作为支撑层，撕开释放胶层上的保护膜，然后采用“卷对卷”方式，取催化基底上有石墨烯的一面与释放胶层或硅胶层进行贴合，催化基底在支撑层中间区域，其面积要比下夹具的凹处面积小。
2) 取出夹具，先放置下夹具，然后将支撑层放置在下夹具中间处，贴合在支撑层上的催化基底正好全部暴露在下夹具的凹处，从而保证刻蚀液能够与全部催化基底相接触，从而保证催化基底被完全刻蚀。之后，盖上上夹具，拧好螺丝，固定上夹具和下夹具.
3) 夹具按照上夹具在上，下夹具在下的方式，依次根据夹具上的孔套入固定柱中，当套完最后一个夹具后，在固定柱上套上耐腐蚀的橡皮圈，固定整套夹具。然后将整个装置放在漏网上，然后随漏网缓慢放入刻蚀液中，等待催化基底被刻蚀完毕，提起漏网，待装置不再滴刻蚀液后，将漏网随工装装置送至清洗槽，用清水冲洗干净。吹干后，取下固定柱上的橡皮圈，再依次取出夹具，拧下螺丝，取出暴露出石墨烯的支撑层。
4) 将支撑层的石墨烯面与目标基底（PET、玻璃、二氧化硅等）进行贴合。通过加热或者剥离方式将支撑层分离，得到表面有石墨烯的目标基底。
5) 夹具、漏网和刻蚀液槽、清洗槽全部采用耐酸碱腐蚀的工程塑料制成，其中，工装装置的底板内嵌铅等金属材料，保证工装装置能够在刻蚀时，整个装置能沉没在刻蚀液液面之下。从而保证所有支撑层上的催化基底都能够与刻蚀液相接触。
与现有技术相比，本发明的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置的有益效果在于：能够同时对多个支撑层上的催化基底进行刻蚀，提高生产效率，同时，工装装置能够在转移石墨烯的过程中通过固定支撑层用于保护石墨烯。本发明的工装装置还具有结构简单，易于制造的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置的主体部分立体结构示意图；
图2是本发明的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置的夹具的立体结构示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：底板1、与底板固定连接的固定柱2、下夹具3、上夹具4、孔5。
具体实施方式
图1是本发明的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置的主体部分立体结构示意图，图2是本发明的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置的夹具的立体结构示意图，如图所示：本实施例的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置包括底板1、与底板固定连接的固定柱2、下夹具3和上夹具4；所述下夹具3为一方形凹块，凹块两边对应设置有孔5，所述凹陷处便于刻蚀液流入用于刻蚀催化基底；所述上夹具4为一方形方块，方形方块与方形凹块的长宽尺寸相同，方形方块上在与方形凹块相对应的位置处设置有孔5；所述孔5可以穿过固定柱2。
本发明的原理是：支撑层可以固定于下夹具3和上夹具4之间，下夹具3和上夹具4通过对应布设的孔5穿过与底板固定连接的固定柱2，将用于转移石墨烯薄膜的催化基底固定与工装装置之上，通过多个成对的下夹具3和上夹具4可以固定多个石墨烯支撑层，对支撑层上的石墨烯起到保护作用，并且能够同时对多片催化基底进行刻蚀，提高生产效率。
本实施例中，所述与底板固定连接的固定柱2数量为6个；所述下夹具3和上夹具4上各设置有6个孔5，可以稳定可靠的固定好下夹具3和上夹具4。
本实施例中，所述与底板固定连接的固定柱2为圆形或方形；所述下夹具3和上夹具4上设置的孔5为圆形或方形，具有结构简单、易于制造的优点。
本实施例中，所述与底板固定连接的固定柱2为圆形时，其直径为0.1 cm-3 cm。
本实施例中，所述底板1、与底板固定连接的固定柱2、下夹具3和上夹具4均采用PVC（聚氯乙烯）、PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）等耐酸碱腐蚀的工程塑料制成，刻蚀时工装装置不会被腐蚀，可以多次使用。
本实施例中，所述方形方块与方形凹块的厚度均为1 cm-50 cm。
本发明提供的工装装置的具体使用方法如下：
1) 取长度为200-400 cm，宽度为200-400 cm的热释放胶带或者硅胶带作为支撑层，撕开释放胶层上的保护膜，然后采用“卷对卷”方式，取催化基底上有石墨烯的一面与释放胶层或硅胶层进行贴合，催化基底在支撑层中间区域，其面积要比下夹具3的凹处面积小。
2) 取出夹具，先放置下夹具3，然后将支撑层放置在下夹具3中间处，贴合在支撑层上的催化基底正好全部暴露在下夹具3的凹处，从而保证刻蚀液能够与全部催化基底相接触，从而保证催化基底被完全刻蚀。之后，盖上上夹具4，拧好螺丝，固定上夹具4和下夹具3.
3) 夹具按照上夹具4在上，下夹具3在下的方式，依次根据夹具上的孔套入固定柱中，当套完最后一个夹具后，在固定柱上套上耐腐蚀的橡皮圈，固定整套夹具。然后将整个装置放在漏网上，然后随漏网缓慢放入刻蚀液中，等待催化基底被刻蚀完毕，提起漏网，待装置不再滴刻蚀液后，将漏网随工装装置送至清洗槽，用清水冲洗干净。吹干后，取下固定柱上的橡皮圈，再依次取出夹具，拧下螺丝，取出暴露出石墨烯的支撑层。
4) 将支撑层的石墨烯面与目标基底（PET、玻璃、二氧化硅等）进行贴合。通过加热或者剥离方式将支撑层分离，得到表面有石墨烯的目标基底。
5) 夹具、漏网和刻蚀液槽、清洗槽全部采用耐酸碱腐蚀的工程塑料制成，其中，工装装置的底板内嵌铅等金属材料，保证工装装置能够在刻蚀时，整个装置能沉没在刻蚀液液面之下。从而保证所有支撑层上的催化基底都能够与刻蚀液相接触。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置，其特征在于：包括底板（1）、与底板固定连接的固定柱（2）、下夹具（3）和上夹具（4）；所述下夹具（3）为一方形凹块，凹块两边对应设置有孔（5），所述凹陷处便于刻蚀液流入用于刻蚀催化基底；所述上夹具（4）为一方形方块，方形方块与方形凹块的长宽尺寸相同，方形方块上在与方形凹块相对应的位置处设置有孔（5）；所述孔（5）可以穿过固定柱（2）。
2.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置，其特征在于：所述与底板固定连接的固定柱（2）数量为6个；所述下夹具（3）和上夹具（4）上各设置有6个孔（5）。
3.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置，其特征在于：所述与底板固定连接的固定柱（2）为圆形或方形；所述下夹具（3）和上夹具（4）上设置的孔（5）为圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置，其特征在于：所述与底板固定连接的固定柱（2）为圆形时，其直径为0.1 cm-3 cm。
5.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置，其特征在于：所述底板（1）、与底板固定连接的固定柱（2）、下夹具（3）和上夹具（4）均采用耐酸碱腐蚀的工程塑料制成。
6.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装装置，其特征在于：所述方形方块与方形凹块的厚度均为1 cm-50 cm。
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