CN104704936B - 用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法和微波炉 - Google Patents

用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法和微波炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及石墨烯，且更具体地涉及用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法和使用该石墨烯电磁波阻隔板的微波炉，该石墨烯电磁波阻隔板能够通过使用石墨烯来阻隔电磁波。本发明包括：在催化剂金属层上和催化剂金属层下形成第一石墨烯层和第二石墨烯层的步骤；将支撑衬底附着到第二石墨烯层上的步骤；在第一石墨烯层或催化剂金属层中的至少任一个上形成图案的步骤；以及移除所述支撑衬底的步骤。

Description

用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法和微波炉
技术领域
本发明涉及石墨烯，且更具体地说，涉及一种用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法和一种使用该石墨烯电磁波阻隔板的微波炉，该石墨烯电磁波阻隔板能够使用石墨烯来屏蔽电磁波。
背景技术
电子装置包括会产生电磁波的内部部件(例如，包含集成电路的微处理器)，且电磁波导致电器出现故障，或对人体具有负作用。
电磁波屏蔽技术用于通过屏蔽电磁波产生源的外围来保护外部设备，或保护内部部件免受电磁波造成的外部影响。
微波炉是使用主要具有恒定波长的微波来烹饪对象(食物)的设备。微波炉内部限定了用于烹饪食物的加热空间，且加热空间适于通过门来打开或关闭。
为了对加热空间中所接纳的食物进行加热，由磁控管产生的微波被馈送到加热空间中。此时，虽然食物必须由微波均匀地加热，但由于微波的波长特性，微波难以对保持固定的食物均匀地加热。
因此，在由微波对食物进行加热时，为了实现食物的均匀加热，其上放置食物的托盘旋转以促使微波被较均匀地引入到食物中。
微波炉有利地能够缩短烹饪时间且使用在分子使用短波长的射频(在2400MHz到2500MHz的范围中)而强烈振动时所产生的热来直接对食物的内部进行加热，但经受了电磁波的产生。
发明内容
技术问题
被设计来解决上述问题的本发明的目的在于一种用于制造屏蔽电磁波的石墨烯电磁波阻隔板的方法。
本发明的另一目的在于提供一种具有石墨烯电磁波阻隔板以屏蔽电磁波的微波炉。
技术解决方案
在本发明的一个方面中，可通过提供一种用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法来实现本发明的目的。制造石墨烯电磁波阻隔板的方法包括：分别在催化剂金属层上和催化剂金属层下形成第一石墨烯层和第二石墨烯层；将支撑衬底附着到第二石墨烯层；对第一石墨烯层和催化剂金属层中的至少一个进行图案化；以及移除支撑衬底。
在本发明的另一方面中，提供一种具有加热空间的微波炉，微波炉包括：前面板，该前面板被构造成关闭加热空间的前侧，前面板具有观察口；盖面板，该盖面板设置在前面板上以覆盖观察口；以及电磁波阻隔板，该电磁波阻隔板设置在盖面板上，电磁波阻隔板包括石墨烯层。
有利效果
根据本发明，能够提供石墨烯电磁波阻隔板，其能够经由生长在催化剂金属层上和催化剂金属层下的石墨烯层而吸收电磁波，且能够通过对催化剂金属层进行图案化以形成金属图案且调整金属图案中所形成的孔的直径而屏蔽电磁波。
根据本发明，可通过将石墨烯电磁波阻隔板附接到电子设备的盖的内表面而屏蔽电磁波。
根据本发明，为微波炉的门提供石墨烯电磁波阻隔板而具有以下效果：屏蔽电磁波以防止被发射到微波炉中所限定的加热空间以烹饪食物的电磁波向外泄漏。
本发明的技术效果不限于上文所述的效果，且本文中未描述的其它技术效果将由所属领域的技术人员从以下描述清楚地理解。
附图说明
图1示出截面图，该截面图图示了根据本发明的一个实施例的用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法的工艺步骤。
图2示出截面图，该截面图图示了根据本发明的一个实施例的用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法的工艺步骤。
图3为示出根据本发明的一个实施例的微波炉的门的分解透视图。
图4为示出根据本发明的一个实施例的微波炉的门的分解透视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。
本发明允许各种修改和变化，且其特定实施例参考附图来示例且将详细地进行描述。本发明不应解释为限于本文所阐述的实施例，而是包含符合由所附权利要求书限定的本发明的精神或范围的修改、变化、等同物和替代。
应理解，当例如层、区域或衬底的元件被称为在另一元件“上”时，该元件可直接在另一元件上，或一个或更多个介于中间的元件也可存在于该元件与另一元件之间。
此外，应理解，虽然例如“第一”和“第二”的术语可在本文中用于描述元件、部件、区域、层和/或区，但该元件、部件、区域、层和/或区不应受这些术语限制。
图1示出根据本发明的一个实施例的用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法的工艺步骤的截面图。
参考图1(a)，在催化剂金属层100上和催化剂金属层100下形成第一石墨烯层200和第二石墨烯层300。
催化剂金属是能够生长石墨烯的金属，且可包含选自如下组的任一者，该组由镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铂(Pt)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、铑(Rh)、硅(Si)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、铀(U)、钒(V)和锆(Zr)组成，且催化剂金属可由这些组分中的任一者或这些组分中的至少两者的合金的单层形成。此外，催化剂金属较优选为可用作金属图案以屏蔽电磁波的金属。举例来说，催化剂金属层100可包括铜(Cu)。
为了在催化剂金属层100上和催化剂金属层100下形成石墨烯层，可使用各种沉积方法。举例来说，可使用催化剂金属通过化学汽相沉积(CVD)来合成石墨烯。化学汽相沉积的示例包含热化学汽相沉积(T-CVD)、电感性耦合等离子体化学汽相沉积(ICP-CVD)、等离子体增强化学汽相沉积(PE-CVD)和微波化学汽相沉积(微波CVD)。此外，可使用各种其它方法，例如，快速热退火(RTA)、原子层沉积(ALD)和物理汽相沉积(PVD)。
参考图1(b)，将支撑衬底400附着到第二石墨烯层300的下表面。
支撑衬底400可为热离型胶带、紫外线(UV)胶带或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)衬底。应注意，支撑衬底不限于此，且能够支撑石墨烯层的任何其它粘合剂材料是可能的。
参考图1(c)到图1(f)，使第一石墨烯层200和催化剂金属层100经受图案化。第一石墨烯层200和催化剂金属层100的该图案化可包括：在第一石墨烯层200上形成抗蚀剂图案500；蚀刻通过抗蚀剂图案500的孔而暴露的第一石墨烯层200；蚀刻经由第一石墨烯层200的蚀刻而暴露的催化剂金属层100；以及移除抗蚀剂图案500。
更具体来说，参考图1(c)，可在第一石墨烯层200上形成抗蚀剂图案500。
可通过在第一石墨烯层200上形成抗蚀剂层且对所形成的抗蚀剂层进行图案化而获得抗蚀剂图案500。此时，可使用各种方法中的任一者(例如，旋转涂布)来形成抗蚀剂层。
此外，可使用光刻方法来对抗蚀剂层进行图案化。更具体来说，可使用纳米压印光刻、激光干涉光刻、电子束光刻、紫外线光刻、全息光刻或浸渍光刻来执行该图案化。
同时，抗蚀剂图案500可为孔图案或网图案。
参考图1(d)，可蚀刻通过在抗蚀剂图案500中所形成的孔而暴露的第一石墨烯层200。
举例来说，可经由等离子体工艺而蚀刻通过在抗蚀剂图案500中所形成的孔而暴露的第一石墨烯层200。
按照该方式，可将第一石墨烯层200图案化为与抗蚀剂图案500相同的形状，以形成石墨烯图案210。因此，结果的石墨烯图案210可为孔图案或网图案。
参考图1(e)，可蚀刻经由第一石墨烯层200的蚀刻而暴露的催化剂金属层100。更具体来说，可蚀刻催化剂金属层100的一部分，所述部分已经通过石墨烯图案210中所形成的孔而暴露，而该石墨烯图案210是经由第一石墨烯层200的蚀刻而获得的。
举例来说，可使用蚀刻剂来蚀刻通过石墨烯图案210的孔而暴露的催化剂金属层100。
按照该方式，催化剂金属层100也具有与抗蚀剂图案500和石墨烯图案210相同的图案形状。也就是说，可通过对催化剂金属层100进行图案化而形成金属图案110。
参考图1(f)，可移除抗蚀剂图案500。
参考图1(g)，可移除支撑衬底400。按照该方式，可制造石墨烯电磁波阻隔板，其包括第二石墨烯层300、设置在第二石墨烯层300上的金属图案110和设置在金属图案110上的石墨烯图案210。
因此，第二石墨烯层300与石墨烯图案210两者都可吸收电磁波，以便实现双重电磁波屏蔽效果。
此外，通过对用于生长石墨烯的催化剂金属层100进行图案化而形成的金属图案110可充当屏蔽窗以屏蔽电磁波。
此时，金属图案110的孔优选具有5mm或小于5mm的直径。也就是说，孔图案或网图案的孔的直径优选为5mm或小于5mm。
当金属图案110的孔的直径大于5mm时，电磁波可穿过图案孔，这可导致电磁波屏蔽效果的降低。
图2示出截面图，该截面图图示了根据本发明的另一实施例的用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法的工艺步骤。
参考图2(a)，分别在催化剂金属层100上和催化剂金属层100下形成第一石墨烯层200和第二石墨烯层300。
催化剂金属层100可由能够生长石墨烯的催化剂金属形成，且还可用作电磁波屏蔽窗。举例来说，催化剂金属可包含选自如下组的任一者，该组由镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铂(Pt)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、铑(Rh)、硅(Si)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、铀(U)、钒(V)和锆(Zr)组成，且催化剂金属可由这些组分中的任一者或这些组分中的至少两者的合金的单层形成。
为了在催化剂金属层100上和催化剂金属层100下形成石墨烯层，可使用各种方法，例如，化学汽相沉积(CVD)方法。
举例来说，通过为催化剂金属层100提供碳源(例如，高温甲烷(CH4)或乙炔(C2H2))且促使两者之间反应，可在催化剂金属层100上和催化剂金属层100下形成第一石墨烯层200和第二石墨烯层300。
参考图2(b)，将支撑衬底400附着到第二石墨烯层300的下表面。
支撑衬底400可为热离型胶带、UV胶带或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)衬底。应注意，支撑衬底不限于此，且能够支撑石墨烯层的任何其它粘合剂材料是可能的。
参考图2(c)，可移除第一石墨烯层200。举例来说，可经由等离子体处理来移除第一石墨烯层200。
参考图2(d)，可在已移除第一石墨烯层200的催化剂金属层100上形成抗蚀剂图案500。
可通过在催化剂金属层100上形成抗蚀剂层且对所形成的抗蚀剂层进行图案化而获得抗蚀剂图案500。
可使用各种方法中的任一者(例如，旋转涂布)来形成抗蚀剂层，且可使用光刻方法来执行抗蚀剂层的图案化。更具体来说，可使用纳米压印光刻、激光干涉光刻、电子束光刻、紫外线光刻、全息光刻或浸渍光刻来执行该图案化。
同时，抗蚀剂图案500可为孔图案或网图案。
参考图2(e)，可蚀刻通过在抗蚀剂图案500中所形成的孔而暴露的催化剂金属层100。
举例来说，可使用蚀刻剂来蚀刻通过抗蚀剂图案500的孔而暴露的催化剂金属层100。
按照该方式，可将催化剂金属层100图案化为与抗蚀剂图案500相同的图案形状，以形成金属图案110。因此，金属图案110也可为孔图案或网图案。
参考图2(f)，可移除抗蚀剂图案500。
参考图2(g)，可移除支撑衬底400。按照该方式，可制造石墨烯电磁波阻隔板，其包括第二石墨烯层300和设置在第二石墨烯层300上的金属图案110。
因此，第二石墨烯层300可通过吸收电磁波来防止电磁波的排放，且通过对用于生长石墨烯的催化剂金属层100进行图案化而形成的金属图案110可充当屏蔽窗以屏蔽电磁波。
此时，金属图案110的孔优选具有5mm或小于5mm的直径。也就是说，孔图案或网图案的孔的直径优选为5mm或小于5mm。
当金属图案110的孔的直径大于5mm时，电磁波可穿过图案孔，这可导致电磁波屏蔽效果的降低。
上述石墨烯电磁波阻隔板设置成屏蔽产生电磁波的电磁波产生源，进而实现电磁波屏蔽效果。
举例来说，在蜂窝式电话或膝上型计算机的情况下，虽然用于屏蔽电磁波的特殊涂料已涂覆到向外暴露的前盖或后盖的内表面以便屏蔽电磁波，但根据本发明的设有网图案的石墨烯电磁波阻隔板可附接到前盖或后盖。
也就是说，在具有电磁波产生源和前盖或后盖的电子产品的情况下，包括石墨烯层和设置在石墨烯层上的金属图案的石墨烯电磁波阻隔板可附接到前盖或后盖的内表面。此时，金属图案可为孔图案或网图案。同时，石墨烯层可为经图案化的石墨烯层。此外，石墨烯电磁波阻隔板可还包括设置在金属图案上的石墨烯图案。
因此，附接到电子产品的盖的内表面的石墨烯电磁波阻隔板可防止电磁波向外排放。
下文中，将描述使用上述石墨烯电磁波阻隔板而制造的微波炉的门。
图3为示出根据本发明的一个实施例的微波炉的门的分解透视图。
参考图3，微波炉的门包括前面板10、盖面板20、石墨烯电磁波阻隔板30和屏蔽窗40。
前面板10用于关闭加热空间的前侧且设有观察口11。观察口11可用于辅助用户观察烹饪食物的加热空间的内部。
盖面板20附接到前面板10的内表面以覆盖观察口11。盖面板20可由透明材料形成以允许用户从微波炉的外部观看加热空间的内部。举例来说，盖面板20可由玻璃材料形成。
石墨烯电磁波阻隔板30附接到盖面板20的内表面以屏蔽电磁波。
石墨烯电磁波阻隔板30可包括石墨烯层300。因此，石墨烯层300可通过吸收电磁波来防止电磁波从微波炉泄漏。石墨烯层300可使用如上文参考图1和图2所述的石墨烯层或石墨烯图案。
同时，石墨烯为高透射率材料，且不妨碍通过观察口11从外部观察加热空间的内部。
屏蔽窗40附接到石墨烯电磁波阻隔板30的内表面，且具有屏蔽孔41以屏蔽电磁波。
屏蔽窗40中所形成的屏蔽孔41可用作辅助用户通过观察口11从外部观察加热空间的内部的区域。此外，屏蔽孔41的直径可调整成防止电磁波穿过屏蔽孔41，这允许屏蔽孔41展现电磁波屏蔽效果。因此，为了防止电磁波穿过屏蔽孔41，屏蔽孔41的直径优选为5mm或小于5mm。
屏蔽窗40可由金属材料形成。此外，屏蔽窗40可为金属网。
同时，屏蔽窗40可位于盖面板20与石墨烯电磁波阻隔板30之间。
同时，微波炉的门可还包括位于屏蔽窗40内侧的固定构件50。固定构件50用于将石墨烯电磁波阻隔板30和屏蔽窗40固定到前面板10的内表面。
根据本发明，石墨烯有利地能够吸收所有波长的电磁波。因此，因为屏蔽窗40主要屏蔽微波炉中所产生的电磁波且包括石墨烯层的石墨烯电磁波阻隔板30吸收向外发射而不是由屏蔽窗40屏蔽的电磁波，所以可降低将向外发射的电磁波的强度。
图4为示出根据本发明的一个实施例的微波炉的门的分解透视图。
参考图4，微波炉的门包括前面板10、盖面板20和石墨烯电磁波阻隔板30。
前面板10用于关闭加热空间的前侧且设有观察口11。观察口11可用于辅助用户观察烹饪食物的加热空间的内部。
盖面板20附接到前面板10的内表面以覆盖观察口11。盖面板20可由透明材料形成以允许用户从微波炉的外部观察加热空间的内部。举例来说，盖面板20可由玻璃材料形成。
石墨烯电磁波阻隔板30附接到盖面板20的内表面以屏蔽电磁波。
石墨烯电磁波阻隔板30可包括石墨烯层300和设置在石墨烯层300上的金属图案110。
石墨烯层300可使用如上文参考图1和图2所述的石墨烯层或石墨烯图案。此外，金属图案110可具有图案孔111。图案孔111可具有各种横截面形状中的任一者，例如，圆形、椭圆形、多边形或菱形形状。举例来说，金属图案110可为孔图案或网图案，且图案孔的直径可为5mm或小于5mm。
因此，石墨烯层300可通过吸收电磁波而防止电磁波向外排放，且金属图案110还可经由图案孔111的直径的调整而防止电磁波向外排放。
在该情况下，通过对用于生长石墨烯的催化剂金属层进行图案化而形成的金属图案可用作屏蔽窗以屏蔽电磁波，而不是将其移除，这有利地消除对提供独立屏蔽窗的需要。
此外，石墨烯层300和金属图案100彼此一体地形成，这对制造工艺来说是有利的。
此外，石墨烯电磁波阻隔板30可还包括设置在金属图案110上的石墨烯图案(未图示)。更具体来说，通过在催化剂金属层上和催化剂金属层下生长石墨烯层且对催化剂金属层和这些石墨烯层中的一个进行图案化，可制造包括双石墨烯层的石墨烯电磁波阻隔板30。
同时，微波炉的门可还包括位于石墨烯电磁波阻隔板30内侧的固定构件50。固定构件50用于将石墨烯电磁波阻隔板30固定到前面板10的内表面。
此外，在根据本发明的微波炉的门的情况下，包括石墨烯图案(其包括网图案)和金属图案110而不包括金属屏蔽窗(40，参见图3)的石墨烯电磁波阻隔板30可位于前面板10与固定构件50之间，且固定到前面板10和固定构件50。
因此，通过为微波炉的门提供石墨烯电磁波阻隔板30，石墨烯层可通过吸收电磁波而防止电磁波从微波炉排放，且通过对催化剂金属层进行图案化而获得的金属图案也可经由图案孔的直径的调整而防止电磁波向外排放。
所属领域的技术人员将明白，在不脱离本发明的精神或范围的情况下可对本发明进行各种修改和变化。因此，预期本发明涵盖本发明的修改和变化，只要所述修改和变化在所附权利要求书及其等同物的范围内。
工业实用性
根据本发明，可提供能够有效地屏蔽电磁波的石墨烯电磁波阻隔板。
根据本发明，为微波炉的门提供石墨烯电磁波阻隔板而具有以下效果：屏蔽电磁波以防止被发射到微波炉中所限定的加热空间以烹饪食物的电磁波向外泄漏。

Claims (13)

1.一种用于制造石墨烯电磁波阻隔板的方法，所述方法包括：
分别在催化剂金属层上和所述催化剂金属层下形成第一石墨烯层和第二石墨烯层；
将支撑衬底附着到所述第二石墨烯层；
对所述第一石墨烯层和所述催化剂金属层进行图案化；以及
移除所述支撑衬底，
其中，执行对所述第一石墨烯层和所述催化剂金属层的图案化以在所述第二石墨烯层上形成金属图案和石墨烯图案，并且
其中，所述金属图案位于所述石墨烯图案和所述第二石墨烯层之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图案化包括：
在所述第一石墨烯层上形成抗蚀剂图案；
对通过所述抗蚀剂图案的孔而暴露的所述第一石墨烯层进行蚀刻；
对经由所述第一石墨烯层的所述蚀刻而暴露的所述催化剂金属层进行蚀刻；以及
移除所述抗蚀剂图案。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图案化包括将所述第一石墨烯层和所述催化剂金属层图案化成相同形状。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括移除所述第一石墨烯层。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述图案化包括对经由所述第一石墨烯层的移除而暴露的所述催化剂金属层进行图案化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述催化剂金属层的所述图案化包括：
在所述催化剂金属层上形成抗蚀剂图案；以及
使用所述抗蚀剂图案以蚀刻所述催化剂金属层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，被图案化的层采取孔图案或网图案的形式。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，被图案化的层具有直径为5mm或小于5mm的孔。
9.一种具有加热空间的微波炉，所述微波炉包括：
前面板，所述前面板被构造成关闭所述加热空间的前侧，所述前面板具有观察口；
盖面板，所述盖面板被设置在所述前面板上以覆盖所述观察口；以及
电磁波阻隔板，所述电磁波阻隔板被设置在所述盖面板上，
其中，所述电磁波阻隔板包括：
石墨烯层；
在所述石墨烯层上的金属图案；和
在所述金属图案上的石墨烯图案，
其中，所述金属图案位于所述石墨烯图案和所述石墨烯层之间。
10.根据权利要求9所述的微波炉，还包括屏蔽窗，所述屏蔽窗被附接到所述电磁波阻隔板，所述屏蔽窗具有被构造成屏蔽电磁波的屏蔽孔。
11.根据权利要求9所述的微波炉，还包括固定构件，所述固定构件被设置在所述电磁波阻隔板上以将所述电磁波阻隔板固定到所述前面板。
12.根据权利要求9所述的微波炉，其中，所述金属图案为孔图案或网图案。
13.根据权利要求9所述的微波炉，其中，所述石墨烯图案具有与所述金属图案相同的形状。
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