CN104451595A - 一种用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装系统 - 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系统，包括底板、与底板固定连接的固定柱、垫片、盖板的夹具和装液斗；所述垫片可以穿过固定柱，用于隔离石墨烯薄膜支撑层；所述盖板置于固定柱的顶部，用于配合装液斗的格挡柱防止夹具在催化基底进行刻蚀时，夹具漂浮到刻蚀液液面上；所述装液斗包括箱体和固定箱体上部的固定板，所述箱体设置有漏孔，所述固定板设置有机械手挂钩孔和格挡圆柱安装孔；所述底板、与底板固定连接的固定柱、垫片和盖板组装完成所形成的夹具放置于装液斗的箱体内部。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，同时通过装液斗和盖板的配合可以避免夹具在催化基底进行刻蚀时，夹具浮漂在刻蚀液液面上的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种工装系统，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系统。
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（CVD）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（CVD）方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，需要辅助工装系统对支撑层进行固定，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系统。在进行刻蚀操作时，为避免工装系统的夹具部分漂浮至刻蚀液之上，导致催化基底没有和刻蚀液充分接触，导致刻蚀不完全，需要一种装液斗配合夹具组成工装系统，固定整个夹具，便于整个转移过程的顺利进行。
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系统，能够同时进行多片催化基底进行刻蚀。同时，夹具和装液斗配合组成的工装系统，便于装个转移过程中对石墨烯薄膜进行的固定，而且能够避免夹具在催化基底进行刻蚀时，夹具浮漂在刻蚀液液面上的情况。
本发明的用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装系统包括由底板、与底板固定连接的固定柱、垫片、盖板组成的夹具和装液斗；所述垫片可以穿过固定柱，用于隔离石墨烯薄膜支撑层；所述盖板置于固定柱的顶部，用于防止避免夹具在催化基底进行刻蚀时，夹具浮漂在刻蚀液液面上；所述装液斗包括箱体和固定箱体上部的固定板，所述箱体设置有漏孔，所述固定板设置有机械手挂钩孔和格挡圆柱安装孔；所述底板、与底板固定连接的固定柱、垫片和盖板组装完成之后放置于装液斗的箱体内部。
进一步地，所述机械手挂钩孔和格挡圆柱安装孔数量均为2个。
进一步地，所述与底板固定连接的固定柱数量为8个。
进一步地，所述与底板固定连接的固定柱为圆形或方形。
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、垫片和盖板均采用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，所述垫片厚度为1 cm-10cm。
本发明提供的工装系统的使用方法如下：
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，支撑层的面积与夹具装置的底板大小相当，并按照底板上固定柱的位置对支撑层进行打孔，之后，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，其面积要比固定柱的内侧区域小。
2) 在底板的各个固定柱上套上数量相同的垫片，然后将支撑层按照催化基底一侧朝底板的方式放入，此时，底板上的固定柱刚好将支撑层固定住。之后按照每个固定柱上放一层垫片，放一片支撑层样片的形式放置。
3) 当套完最后垫片后，盖上盖板，然后在固定柱上套上耐腐蚀的橡皮圈。然后将整个夹具装置放在装液斗上，待所有的夹具装置全部装入装液斗后，依次在装液斗上插上格挡圆柱，随装液斗缓慢放入刻蚀液中，等待催化基底被刻蚀完毕，提起装液斗，待装置不再滴刻蚀液后，将装液斗随夹具装置送至清洗槽，用清水冲洗干净。吹干后，取下格挡圆柱，取固定柱上的橡皮圈，取下盖板，再依次取出垫片，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) 垫片、盖板、装液斗和刻蚀液槽、清洗槽全部采用耐酸碱腐蚀的工程塑料制成。
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系统的有益效果在于：能够同时对多片催化基底进行刻蚀，提高生产效率，同时通过装液斗和盖板的配合可以完全避免夹具在刻蚀液中漂浮至液面上，导致部分催化基底没有被刻蚀的情况发生。
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系统的主体结构的立体结构示意图；
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系统的主体结构的俯视示意图；
图3是本发明的用于化学气相沉积方法制备石墨烯薄膜的工装系统的盖板的立体结构示意图；
图4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系统的装液斗的立体结构示意图；
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、垫片3、盖板4、装液斗5、箱体5-1、漏孔5-1-1、固定板5-2、机械手挂钩孔5-2-1、格挡圆柱安装孔5-2-2。
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系统的主体结构的立体结构示意图，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系统的主体结构的俯视示意图，图3是本发明的用于化学气相沉积方法制备石墨烯薄膜的工装系统的盖板的立体结构示意图，图4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系统的装液斗的立体结构示意图，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系统包括底板1、与底板固定连接的固定柱2和垫片3；所述垫片3可以穿过固定柱2，用于隔离石墨烯薄膜支撑层。
本发明的原理是：先在石墨烯薄膜支撑层的特定位置穿孔，并通过支撑层上的孔穿过与底板固定连接的固定柱2上，用于固定于本发明的工装系统之上，不同的石墨烯薄膜支撑层通过垫片3隔离，从而使刻蚀液能够流到相邻两片石墨烯薄膜支撑层之间，并对催化基底进行刻蚀，这种排列能够同时对多片石墨烯支撑层上的催化基底进行刻蚀，充分利用了刻蚀液槽的空间，提高了生产效率，同时装液斗5通过格挡圆柱安装孔5-2-2安装格挡圆柱后可以挡住盖板4，刻蚀时阻止其上浮，便于充分刻蚀。
本实施例中，所述机械手挂钩孔5-2-1和格挡圆柱安装孔5-2-2数量均为2个，所述机械手挂钩孔5-2-1便于装液斗的运输，所述格挡圆柱安装孔5-2-2安装格挡圆柱后可以挡住盖板4，刻蚀时阻止其上浮，便于充分刻蚀。
本实施例中，所述与底板固定连接的固定柱2数量为8个，可以稳定可靠的固定催化基底。
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，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、垫片3和盖板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，刻蚀时工装系统不会被腐蚀，可以多次使用。
本实施例中，所述垫片3厚度为1 cm-10cm。
本发明提供的工装系统的使用方法如下：
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，支撑层的面积与夹具装置的底板1大小相当，并按照底板1上固定柱2的位置对支撑层进行打孔，之后，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，其面积要比固定柱2的内侧区域小。
2) 在底板1的每个固定柱2上套上套上数量相同的垫片3，然后将支撑层按照催化基底一侧朝底板的方式放入，此时，底板上的固定柱2刚好将支撑层固定住。之后按照按照每个固定柱上放一层垫片3，放一片支撑层样片的形式放置。
3) 当套完最后垫片3后，盖上盖板4，然后在固定柱2上套上耐腐蚀的橡皮圈。然后将整个夹具装置放在装液斗5上，待所有的夹具全部装入装液斗后，依次在装液斗上插上格挡圆柱，然后夹具装置随装液斗5缓慢放入刻蚀液中，等待催化基底被刻蚀完毕，提起装液斗5，待装置不再滴刻蚀液后，将装液斗5随夹具装置送至清洗槽，用清水冲洗干净。吹干后，取下格挡圆柱，取固定柱上的橡皮圈，取下盖板4，再依次取出垫片3，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) 垫片3、盖板4、装液斗5和刻蚀液槽、清洗槽全部采用耐酸碱腐蚀的工程塑料制成。
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 (7)
1.一种用于化学气相沉积方法转移石墨烯薄膜的工装系统，其特征在于：包括由底板（1）、与底板固定连接的固定柱（2）、垫片（3）、盖板（4）组成的夹具和装液斗（5）；所述垫片（3）可以穿过固定柱（2），用于隔离石墨烯薄膜支撑层；所述盖板（4）置于固定柱（2）的顶部，用于防止夹具在催化基底进行刻蚀时，夹具浮漂在刻蚀液液面上；所述装液斗（5）包括箱体（5-1）和固定箱体（5-1）上部的固定板（5-2），所述箱体（5-1）设置有漏孔（5-1-1），所述固定板（5-2）设置有机械手挂钩孔（5-2-1）和格挡圆柱安装孔（5-2-2）；所述底板（1）、与底板固定连接的固定柱（2）、垫片（3）和盖板（4）组装完成夹具装置之后放置于装液斗（5）的箱体（5-1）内部。
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系统，其特征在于：所述机械手挂钩孔（5-2-1）和格挡圆柱安装孔（5-2-2）数量均为2个。
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系统，其特征在于：所述与底板固定连接的固定柱（2）数量为8个。
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系统，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。
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系统，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0.1cm-3 cm。
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系统，其特征在于：所述底板（1）、与底板固定连接的固定柱（2）、垫片（3）、盖板（4）、装液斗（5）均采用耐酸碱腐蚀工程塑料制成。
7.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系统，其特征在于：所述垫片（3）厚度为1 cm-10cm。
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