CN109518158B - 一种石墨烯薄膜宏量制备方法 - Google Patents
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
Abstract
本发明提供一种石墨烯薄膜宏量制备方法,包含以下步骤：将片状金属基底和片状隔离材料交替地固定于耐高温棒上，置于CVD反应腔内，进行沉积，冷却。与常规CVD石墨烯薄膜制备方法采用将金属箔放置于耐高温板材相比，本发明克服了因为受到耐高温板厚度限制而影响石墨烯薄膜在CVD反应腔内的空间利用率导致的单炉产量不高的问题。
Description
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种石墨烯薄膜宏量制备方法。
背景技术
石墨烯(Graphene)是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，因而获得了诺贝尔物理奖。石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层，碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性，甚至可以比金刚石还硬100倍。石墨烯因其轻薄、强度大、韧性好、导电导热性能强大被称为“黑金”。CVD法制备石墨烯是目前唯一可以真正制备得到二维晶体结构的石墨烯，这种二维晶体结构的石墨烯是无色透明的，由于只有一层原子，其无法脱离载体而大面积的存在。CVD具体过程是：将平面基底(如金属薄膜、金属单晶等)置于高温可分解的前躯体(如甲烷、乙烯等)气氛中，通过高温退火使碳原子沉积在基底表面形成石墨烯，最后用化学腐蚀法去除金属基底后即可得到独立的石墨烯片。通过选择基底的类型、生长的温度、前驱体的流量等参数可调控石墨烯的生长(如生长速率、厚度、面积等)。其中，形成石墨烯的过程也称石墨烯的生长过程，是决定制备石墨烯质量的最重要环结。目前，生长石墨烯薄膜的装置多采用CVD管式炉。由于CVD的反应温度一般在1000℃左右，为了保正质量，多选用石英工作管，然而，石英工作管的内径只提供至150mm甚至200mm，无法得到大面积的石墨烯。近两年，为了提高生长效率，开发了卷式生长的方法，但这种方法在铜箔带动石墨烯在不断的卷区和拉伸的状态下，石墨烯良率很难保证，因此没能真正的产业化投产。
本申请人在2016年开发了一种CVD沉积石墨烯膜的规模化生产方法，相邻两层金属基底之间用隔离层隔开，通入惰性气体和碳源气体，碳源气体在高温下金属基底表面催化裂解，生长出石墨烯，通过多层金属基底叠加的方式规模化生长石墨烯。
如图1所示，现有的CVD法制备石墨烯的反应炉金属箔多放置在石英板或石墨板等耐高温板状材料上，然后将放置金属箔的耐高温板水平放置在支架上，通过这种方法达到增加CVD反应腔空间利用率从而提高生产效率的目的。此方法受耐高温板厚度的限制，单炉产量有限。
本发明通过将片状隔离材料代替石英板或石墨板，打破耐高温板厚度的限制，并用悬挂的方式让石墨烯同时沉积在金属基底的两面，提高了石墨烯薄膜单炉的产量，从而提高生产效率。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种石墨烯薄膜宏量制备方法，与常规CVD石墨烯薄膜制备方法采用将金属箔放置于耐高温板材相比，本发明克服了因为受到耐高温板厚度限制而影响石墨烯薄膜在CVD反应腔内的空间利用率导致的单炉产量不高的问题。
本发明提供一种石墨烯薄膜宏量制备方法，包含以下步骤：
将片状金属基底和片状隔离材料交替地固定于耐高温棒上，置于CVD反应腔内，进行沉积，冷却。
根据本发明的一个方面，所述固定采用悬挂固定的方式，所述耐高温棒至少为两根。
将所述片状金属基底和所述片状隔离材料交替地固定于所述耐高温棒上，采用悬挂的固定方式，在CVD反应腔内进行反应的时候，所述片状金属基底在石墨烯的CVD生长过程中既作为生长基底，同时也起催化作用。与以往金属箔放置在石英架上方式不同的是，所述片状隔离材料与所述片状金属基底不相互接触，对于仅有原子级或者数纳米厚度的石墨烯而言，石墨烯可以同时直接接触片状金属基底的两面，并在所述片状金属基底上生长。
根据本发明的一个方面，用所述耐高温棒将所述片状金属基底和所述片状隔离材料固定的方式采用：在所述片状金属基底和所述片状隔离材料的顶部边缘分别设置供耐高温棒穿出的孔，用所述耐高温棒穿过孔将所述片状金属基底和所述片状隔离材料交替串起；优选地，当所述片状金属基底和所述片状隔离材料被悬挂固定时，所述片状基底或所述片状隔离材料的顶部边缘均设置至少两个孔形成一排。
根据本发明的一个方面，所述孔为圆孔、方孔、六边形孔。
优选地，所述孔为圆孔。
当所述片状金属基底和所述片状隔离材料被悬挂固定时，所述孔中心线与所述片状金属基底或所述片状隔离材料的顶部边缘的距离范围均为1-100mm。
优选地，所述孔中心线与所述片状金属基底或所述片状隔离材料的顶部边缘的距离范围均为2-5mm。
根据本发明的一个方面，所述片状隔离材料的顶部边缘与所述孔中心线的距离比所述片状金属基底的顶部边缘与所述孔中心线的距离大。
优选地，所述片状隔离材料的顶部边缘与所述孔中心线的距离比所述片状金属基底的顶部边缘与所述孔中心线的距离大0.5-5mm。
根据本发明的一个方面，所述孔的直径范围是0.5-50mm。
优选地，所述孔的直径范围是2-10mm。
根据本发明的一个方面，所述孔的孔间距范围是1-200mm。
优选地，所述孔的孔间距范围是5-50mm。
根据本发明的一个方面，相邻的所述片状金属基底和所述隔离材料之间的间隔距离为0.001-10mm。
优选地，相邻的所述片状金属基底和所述隔离材料之间的间隔距离为0.1-3mm。
根据本发明的一个方面，所述片状隔离材料为耐高温、厚度小且高温下不与所述片状金属基底粘连的材料。
优选地，所述片状隔离材料为石墨纸、碳布、陶瓷纤维布、镍箔。
镍箔作为隔离材料时，会生长出石墨层，石墨层可以起到隔离的作用，不会与生长基底粘连。
根据本发明的一个方面，所述片状隔离材料的厚度范围为0.005-2mm。
优选地，所述片状隔离材料的厚度范围为0.01-0.1mm。
根据本发明的一个方面，所述片状金属基底为金属箔。
优选地，所述片状金属基底为铜箔、镍箔、铜镍合金。
进一步优选地，所述片状金属基底为铜箔。
根据本发明的一个方面，所述片状金属基底的厚度范围为0.001-1mm。
优选地，所述片状金属基底的厚度范围是0.005-0.1mm。
根据本发明的一个方面，所述片状金属基底和所述片状隔离材料的形状均为长方形、正方形、圆形、菱形、梯形、半圆形。
优选地，所述片状金属基底和所述片状隔离材料的形状均为长方形。
进一步优选地，所述片状金属基底和所述片状隔离材料的形状相同，且所述供耐高温棒穿出的孔的形状、位置、大小均相同。
根据本发明的一个方面，所述耐高温棒的材质为石墨、刚玉、碳碳复合材料或石英。
优选地，所述耐高温棒的材质为刚玉、石英。
根据本发明的一个方面，所述置于CVD反应腔内的执行方法为：将固定有片状金属基底和片状隔离材料的耐高温棒悬挂在CVD反应腔内；和/或，
所述沉积为向CVD反应腔内通入气体，将CVD反应腔的温度提升至工艺温度。
根据本发明的一个方面，所述通入气体的方式为气流方向平行于金属基底。
通入的气体为惰性气体和碳源气体，惰性气体和碳源气体的流量比为1：(1-20)。所述碳源气体采用CH4或C2H2。优选地，所述碳源气体为CH4。所述惰性气体为不与金属基底与碳源气体反应的气体。优选地，所述惰性气体为氢气和/或氩气。进一步优选地，所述惰性气体为氢气。优选的，通入氢气和CH4的流量比为1:2。
用于生长石墨烯的反应气平行于金属基底定向流动，并且能使金属基底都能接触到反应气。生长石墨烯所需的气体量很少，铜箔的数量增加，气体的用量几乎不变。
根据本发明的一个方面，所述CVD反应腔为热壁石英管、刚玉管反应腔或冷壁金属腔。
本发明的有益效果是：
本发明的石墨烯薄膜宏量制备方法简单，可操作性强，CVD反应腔内空间利用率高，单炉产量大，工艺稳定、可靠，并具有高的适用性，制备成的石墨烯结构完整、无污染，可运用于工业生产。具体有以下技术点保证了本发明的石墨烯薄膜宏量制备方法的优越性：
(1)采用片状隔离材料代替石英板、石墨板的方式，有效提高CVD反应腔内的空间利用率，从而提升单炉产量。以下通过对使用传统耐高温板的方式和使用本发明的方式所得到的产量进行对比：
假定耐高温板厚度为2mm(2000μm)，金属箔厚度为25μm，隔离材料厚度为25μm，耐高温板、金属箔和隔离材料面积均为S，材料间的距离忽略不计。
若采用传统的将金属箔放置在耐高温板上的方法，金属箔和耐高温板占据体积为V，可放置的金属箔数量为V/(S*2025)。
若采用本发明提出的方法，金属箔和隔离材料占据体积为V，可放置的金属箔数量为V/(S*50)，金属箔的双面都能生长石墨烯。
这样本发明提出的方法可放置金属箔的数量约是传统方法的40倍，也就是说单炉CVD石墨烯薄膜产能是传统方法的40倍。
(2)将片状隔离材料和片状金属基底交替固定在耐高温棒上，片状隔离材料和片状金属基底相互之间不接触，让片状金属基底的两面同时与反应腔内的气体相互接触，进而一片片状金属基底可以生长两面的石墨烯，提升了片状金属基底的利用率和单炉产量。
(3)单炉内增加铜箔数量，生成石墨烯所需气体量很少，通入的气体量不变，提升了气体的利用率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是以往的方式将金属箔放置在水平放置的石英板上的CVD反应腔内的结构图；其中，1为支架，2为金属箔，3为石英板。
图2是本发明通过耐高温棒将片状金属基底和片状隔离材料串起的固定悬挂方式图；其中，4为耐高温棒，5为片状金属基底，6为片状隔离材料。
图3是本发明通过耐高温棒将片状金属基底和片状隔离材料串起的固定悬挂方式侧面图；其中，4为耐高温棒，5为片状金属基底，6为片状隔离材料，5-1为片状金属基底的顶部边缘，6-1为片状隔离材料的顶部边缘。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的一个实施方式中，提供了一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2、图3所示，包括：将片状金属基底5和片状隔离材料6交替地固定于耐高温棒4上，置于CVD反应腔内，进行沉积，冷却。
所述固定采用悬挂固定的方式，所述耐高温棒4至少为两根。
用所述耐高温棒4将所述片状金属基底5和所述片状隔离材料6固定的方式采用：在所述片状金属基底5和所述片状隔离材料6的顶部边缘分别设置供耐高温棒4穿出的孔，用所述耐高温棒4穿过孔将所述片状金属基底5和所述片状隔离材料6交替串起。作为一种优选的实施方式，当所述片状金属基底5和所述片状隔离材料6被悬挂固定时，所述片状金属基底5或所述片状隔离材料6的顶部边缘均设置至少两个孔形成一排。
所述孔为圆孔、方孔、六边形孔。作为优选的实施方式，所述孔为圆孔。
当所述片状基底5和所述片状隔离材料6被悬挂固定时，所述孔中心线与所述片状金属基底5或所述片状隔离材料6的顶部边缘的距离范围均为1-100mm，例如：1mm、2mm、3mm、5mm、8mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、95mm、96mm、97mm、98mm、99mm、100mm，等。作为优选的实施方式，所述孔中心线与所述片状金属基底5或所述片状隔离材料6的顶部边缘的距离范围均是2-5mm，例如：2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm、3mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm、4mm、4.2mm、4.5mm、4.8mm、5mm，等。
所述片状隔离材料的顶部边缘6-1与所述孔中心线的距离比所述片状金属基底的顶部边缘5-1与所述孔中心线的距离大。作为优选的实施方式，所述片状隔离材料的顶部边缘6-1与所述孔中心线的距离比所述片状金属基底的顶部边缘5-1与所述孔中心线的距离大0.5-5mm，例如：0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.3mm、2.6mm、2.8mm、3mm、3.1mm、3.5mm、3.8mm、4mm、4.3mm、4.6mm、4.8mm、4.9mm、5mm，等。
所述孔的直径范围是0.5-50mm，例如：0.5mm、0.8mm、1mm、2mm、5mm、8mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm，等。作为优选的实施方式，所述孔的直径范围是2-10mm，例如：2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm，等。
所述孔的孔间距范围是1-200mm，例如：1mm、2mm、5mm、8mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm，等。作为优选的实施方式，所述孔的孔间距范围是5-50mm，例如：5mm、8mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm，等。
所述片状金属基底5和所述隔离材料6的间隔距离为0.001-10mm，例如：0.001mm、0.002mm、0.005mm、0.008mm、0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm、1mm、2mm、5mm、8mm、10mm，等。作为优选的实施方式，所述片状金属基底5和所述隔离材料6的间隔距离为0.1-3mm，例如：0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm、3mm，等。
所述片状隔离材料6为耐高温、厚度小且高温下不与所述片状金属基底5粘连的材料。作为优选的实施方式，所述片状隔离材料6为石墨纸、碳布、陶瓷纤维布、镍箔。所述片状隔离材料6的厚度范围为0.005mm-2mm，例如：0.005mm、0.006mm、0.008mm、0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm，等。作为优选的实施方式，所述片状隔离材料6的厚度范围是0.01-0.1mm，例如：0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm，等。
所述片状金属基底5为金属箔。作为优选的实施方式，所述片状金属基底5为铜箔、镍箔、铜镍合金。作为最佳的实施方式，所述片状金属基底5为铜箔。所述片状金属基底5的厚度范围为0.001-1mm，例如：0.001mm、0.002mm、0.005mm、0.008mm、0.01mm、0.02mm、0.025mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm、1mm，等。作为优选的实施方式，所述片状金属基底5的厚度范围为0.005-0.1mm，例如：0.005mm、0.006mm、0.008mm、0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.05mm、0.08mm、0.1mm，等。
所述片状金属基底5和所述片状隔离材料6的形状均为长方形、正方形、圆形、菱形、梯形、半圆形。作为优选的实施方式，所述金属基底5和所述片状隔离材料6的形状均为长方形。
所述片状金属基底5和所述片状隔离材料6的形状相同，且所述供耐高温棒穿出的孔的形状、位置、大小均相同。
所述耐高温棒4的材质为石墨、刚玉、碳碳复合材料或石英。作为优选的实施方式，所述耐高温棒4的材质为刚玉、石英。
所述置于CVD反应腔内的执行方法为：将固定有片状金属基底5和片状隔离材料6的耐高温棒4悬挂在CVD反应腔内；和/或，
所述沉积为向CVD反应腔内通入气体，将CVD反应腔的温度提升至工艺温度。
所述通入气体的方式为气流方向平行于所述金属基底5。
所述CVD反应腔为热壁石英管、刚玉管反应腔或冷壁金属腔。
下面列举了一些优选实施例。
实施例1：
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜箔5(厚度25μm)裁成350mm×300mm的片材，将高导热石墨膜6(厚度25μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜箔5上沿长边打一排孔，孔直径为5mm，孔间距为20mm，孔中心连线距铜箔的顶部边缘5-1距离为15mm，在高导热石墨膜6上沿长边打一排孔，孔直径为5mm，孔间距为20mm，孔中心连线距高导热石墨膜的顶部边缘6-1距离为16mm；
3)将打好孔的200片铜箔5和200片石墨导热膜6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将铜箔5和高导热石墨膜6挂起；
4)将挂起的铜箔5和石墨导热膜6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例2：
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜箔5(厚度25μm)裁成350mm×300mm的片材，将镍箔6(厚度25μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜箔5上沿长边打一排孔，孔直径为5mm，孔间距为20mm，孔中心连线距铜箔的顶部边缘5-1距离为15mm，在镍箔6上沿长边打一排孔，孔直径为5mm，孔间距为20mm，孔中心连线距镍箔的顶部边缘6-1距离为16mm；
3)将打好孔的200片铜箔5和200片镍箔6交替放置，孔对齐，用石英棒4串起并放在支架上，将铜箔5和镍箔6挂起；
4)将挂起的铜箔5和镍箔6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，镍箔6表面会析出60nm左右厚度的石墨层，起到防止镍箔6与生长石墨烯后的铜箔5粘连的作用，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为170-190Ω/□左右。
实施例3:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的镍箔5(厚度1μm)裁成350mm×300mm的片材，将石墨纸6(厚度5μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在镍箔5上沿长边打一排孔，孔直径为0.5mm，孔间距为1mm，孔中心连线距镍箔的顶部边缘距离5-1为1mm，在石墨纸6上沿长边打一排孔，孔直径为0.5mm，孔间距为1mm，孔中心连线距石墨纸的顶部边缘6-1距离为2mm；
3)将打好孔的200片镍箔5和200片石墨纸6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将镍箔5和石墨纸6挂起；
4)将挂起的镍箔5和石墨纸6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例4:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜镍合金5(厚度5μm)裁成350mm×300mm的片材，将碳布6(厚度10μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜镍合金5上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距铜镍合金的顶部边缘5-1距离为4.5mm，在碳布6上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距碳布的顶部边缘6-1距离为5.5mm；
3)将打好孔的200片铜镍合金5和200片碳布6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将铜镍合金5和碳布6挂起；
4)将挂起的铜镍合金5和碳布6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例5:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜箔5(厚度100μm)裁成350mm×300mm的片材，将陶瓷纤维布6(厚度100μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜箔5上沿长边打一排孔，孔直径为10mm，孔间距为50mm，孔中心连线距铜箔的顶部边缘5-1距离为99mm，在陶瓷纤维布6上沿长边打一排孔，孔直径为10mm，孔间距为50mm，孔中心连线距陶瓷纤维布的顶部边缘6-1距离为100mm；
3)将打好孔的200片铜箔5和200片陶瓷纤维布6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将铜箔5和陶瓷纤维布6挂起；
4)将挂起的铜箔5和陶瓷纤维布6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例6:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜箔5(厚度1000μm)裁成350mm×300mm的片材，将高导热石墨膜6(厚度2000μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜箔5上沿长边打一排孔，孔直径为50mm，孔间距为200mm，孔中心连线距铜箔的顶部边缘5-1距离为99mm，在高导热石墨膜6上沿长边打一排孔，孔直径为50mm，孔间距为200mm，孔中心连线距高导热石墨膜的顶部边缘6-1距离为100mm；
3)将打好孔的200片铜箔5和200片高导热石墨膜6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将铜箔5和高导热石墨膜6挂起；
4)将挂起的铜箔5和高导热石墨膜6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例7:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜箔5(厚度100μm)裁成350mm×300mm的片材，将高导热石墨膜6(厚度100μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜箔5上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距铜箔的顶部边缘5-1距离为5mm，在高导热石墨膜6上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距高导热石墨膜的顶部边缘6-1距离为6mm；
3)将打好孔的200片铜箔5和200片高导热石墨膜6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将铜箔5和高导热石墨膜6挂起；
4)将挂起的铜箔5和高导热石墨膜6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例8:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜箔5(厚度100μm)裁成350mm×300mm的片材，将高导热石墨膜6(厚度100μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜箔5上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距铜箔的顶部边缘5-1距离为99.5mm，在高导热石墨膜6上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距高导热石墨膜的顶部边缘6-1距离为100mm；
3)将打好孔的200片铜箔4和200片高导热石墨膜5交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将铜箔4和高导热石墨膜5挂起；
4)将挂起的铜箔4和高导热石墨膜5放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例9:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜箔5(厚度100μm)裁成350mm×300mm的片材，将高导热石墨膜6(厚度100μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜箔5上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距铜箔的顶部边缘5-1距离为4mm，在高导热石墨膜6上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距高导热石墨膜的顶部边缘6-1距离为5mm；
3)将打好孔的200片铜箔5和200片高导热石墨膜6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将铜箔5和高导热石墨膜6挂起；
4)将挂起的铜箔5和高导热石墨膜6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例10:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的铜箔5(厚度100μm)裁成350mm×300mm的片材，将高导热石墨膜6(厚度100μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在铜箔5上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距铜箔的顶部边缘5-1距离为95mm，在高导热石墨膜6上沿长边打一排孔，孔直径为2mm，孔间距为5mm，孔中心连线距高导热石墨膜的顶部边缘6-1距离为100mm；
3)将打好孔的200片铜箔5和200片高导热石墨膜6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将铜箔5和高导热石墨膜6挂起；
4)将挂起的铜箔5和高导热石墨膜6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
实施例11:
一种石墨烯薄膜宏量制备方法，如图2和图3所示:
1)将用于石墨烯生长的镍箔5(厚度1μm)裁成350mm×300mm的片材，将石墨纸6(厚度5μm)裁成355mm×305mm的片材，各裁200片；
2)在镍箔5上沿长边打一排孔，孔直径为0.5mm，孔间距为1mm，孔中心连线距镍箔的顶部边缘5-1距离为2mm，在石墨纸6上沿长边打一排孔，孔直径为0.5mm，孔间距为1mm，孔中心连线距石墨纸的顶部边缘6-1距离为3mm；
3)将打好孔的200片镍箔5和200片石墨纸6交替放置，孔对齐，用刚玉棒4串起并放在支架上，将镍箔5和石墨纸6挂起；
4)将挂起的镍箔5和石墨纸6放入冷壁炉CVD反应腔，升到1000℃后通入CH4和H2进行石墨烯沉积；
5)冷却至100℃以下可取出，测试石墨烯薄膜的方阻经AuCl3掺杂为190-200Ω/□左右。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (23)
1.一种石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
将片状金属基底和片状隔离材料交替地固定于耐高温棒上，置于CVD反应腔内，进行沉积，冷却；
相邻的所述片状金属基底和所述片状隔离材料之间的间隔距离为0.1-3mm；
所述片状隔离材料为耐高温、厚度小且高温下不与所述片状金属基底粘连的材料；所述片状隔离材料的厚度范围为0.005-2mm；
所述沉积为向CVD反应腔内通入气体，将CVD反应腔的温度提升至工艺温度；所述通入气体的方式为气流方向平行于所述金属基底。
2.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述固定采用悬挂固定的方式，所述耐高温棒至少为两根。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，用所述耐高温棒将所述片状金属基底和所述片状隔离材料固定的方式采用：在所述片状金属基底和所述片状隔离材料的顶部边缘分别设置供耐高温棒穿出的孔，所述孔具有孔中心线，用所述耐高温棒穿过孔将所述片状金属基底和所述片状隔离材料交替串起。
4.根据权利要求3所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，当所述片状金属基底和所述片状隔离材料被悬挂固定时，所述片状金属基底或所述片状隔离材料的顶部边缘均设置至少两个孔形成一排。
5.根据权利要求4所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述孔为圆孔、方孔、六边形孔。
6.根据权利要求4所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，当所述片状金属基底和所述片状隔离材料被悬挂固定时，所述孔中心线与所述片状金属基底或所述片状隔离材料的顶部边缘的距离范围均为1-100mm。
7.根据权利要求6所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述孔中心线与所述片状金属基底或所述片状隔离材料的顶部边缘的距离范围均为2-5mm。
8.根据权利要求4所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状隔离材料的顶部边缘与所述孔中心线的距离比所述片状金属基底的顶部边缘与所述孔中心线的距离大。
9.根据权利要求8所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状隔离材料的顶部边缘与所述孔中心线的距离比所述片状金属基底的顶部边缘与所述孔中心线的距离大0.5-5mm。
10.根据权利要求4所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述孔的直径范围是0.5-50mm；所述孔的孔间距范围是1-200mm。
11.根据权利要求4所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述孔的直径范围是2-10mm；所述孔的孔间距范围是5-50mm。
12.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状隔离材料为石墨纸、碳布、陶瓷纤维布或镍箔。
13.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状隔离材料的厚度范围为0.01-0.1mm。
14.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状金属基底为金属箔。
15.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状金属基底为铜箔、镍箔、铜镍合金。
16.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状金属基底的厚度范围为0.001-1mm。
17.根据权利要求16所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状金属基底的厚度范围为0.005-0.1mm。
18.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状金属基底和所述片状隔离材料的形状均为长方形、正方形、圆形、菱形、梯形、半圆形。
19.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状金属基底和所述片状隔离材料的形状均为长方形。
20.根据权利要求3所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述片状金属基底和所述片状隔离材料的形状相同，且所述供耐高温棒穿出的孔的形状、位置、大小均相同。
21.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述耐高温棒的材质为石墨、刚玉、碳碳复合材料或石英。
22.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述置于CVD反应腔内的执行方法为：将固定有片状金属基底和片状隔离材料的耐高温棒悬挂在CVD反应腔内。
23.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜宏量制备方法，其特征在于，所述CVD反应腔为热壁石英管、刚玉管反应腔或冷壁金属腔。
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