CN111675210B - 石墨烯生产系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种石墨烯生产系统。石墨烯生产系统通过进料中转辊绕卷铜箔并经进料传递窗传送至进料中转组件，进料中转组件同时容纳多个进料中转辊，并将铜箔用尽的进料中转辊传送回进料传递窗。当其中一个进料中转辊中的铜箔用尽后，进料压合组件可以对下一个进料中转辊的铜箔进行压合处理，从而保证石墨烯生产过程的铜箔供应的连续性，提高石墨烯的生产效率。石英加热装置设置于进料中转装置的出料口，可以在铜箔上生长石墨烯。可以理解，通过石墨烯生产系统可以提高卷对卷石墨烯的生产效率。

Description

石墨烯生产系统

技术领域

本申请涉及石墨烯技术领域，特别是涉及一种石墨烯生产系统。

背景技术

在工业生产中，一般采用管式炉气象沉积方法的卷对卷设备生产大面积石墨烯，即通过卷轴带动卷辊将铜箔传送至石英加热管内进行石墨烯的生长后，在石英加热管的另一侧进行收卷。

在卷对卷生产时，每次铜箔用光时均需要手动取放传送铜箔，即需要停机处理。但是，由于石墨烯薄膜生长需要的温度较高，为了避免烫伤，在取放铜箔时需要对设备进行降温，而石墨烯制备所需气体(氢气或甲烷)为易燃易爆气体，故取放铜箔时还需要并关闭气路系统。因此，传统方案中石墨烯生产效率较低。

发明内容

基于此，有必要针对卷对卷设备中石墨烯生产效率低的问题，提供一种石墨烯生产系统。

本申请提供一种石墨烯生产系统，包括：

进料中转装置，所述进料中转装置包括多个进料中转辊、进料传递窗、进料中转组件和进料压合组件，所述进料中转辊用于绕卷铜箔，所述进料传递窗用于将绕卷有所述铜箔的所述进料中转辊传送至所述进料中转组件，所述进料中转组件用于同时容纳多个所述进料中转辊，并将所述铜箔用尽的所述进料中转辊传送回所述进料传递窗，所述进料压合组件用于对相邻两个所述进料中转辊的所述铜箔进行压合处理；以及

石英加热装置，设置于所述进料中转装置的出料口，用于在所述铜箔上生长石墨烯。

在其中一个实施例中，所述进料中转组件包括：

转盘，用于容纳所述进料中转辊并带动所述进料中转辊进行转动；以及

导向辊，用于将靠近所述导向辊的所述进料中转辊的所述铜箔导向至所述进料压合组件。

在其中一个实施例中，所述石墨烯生产系统还包括进料装置，所述进料装置设置于所述进料传递窗的进料口，所述进料装置用于将所述铜箔绕卷至所述进料中转辊，并将绕卷有所述铜箔的所述进料中转辊传送至所述进料传递窗，所述进料传递窗还用于将所述铜箔用尽的所述进料中转辊传送回所述进料装置。

在其中一个实施例中，所述进料装置包括：

进料辊，用于提供所述铜箔；

清洗干燥组件，用于对所述铜箔进行清洗和干燥处理；

张力调整组件，用于对清洗和干燥处理后的所述铜箔的张力进行调整；以及

进料绕卷切断组件，用于将张力调整后的所述铜箔绕卷至所述铜箔用尽的所述进料中转辊上，并将绕卷有所述铜箔的所述进料中转辊传送至所述进料传递窗。

在其中一个实施例中，所述进料绕卷切断组件包括：

固定器，用于夹紧张力调整后的所述铜箔，并带动所述铜箔从初始位置移动至预设位置；

压紧器，用于在所述铜箔移动至所述预设位置后，将所述铜箔压紧至所述进料中转辊，所述固定器在所述压紧器将所述铜箔压紧至所述进料中转辊后松开所述铜箔并返回至所述初始位置；

第一计数器，用于获取所述铜箔在所述进料中转辊上绕卷的圈数；以及

第一切断器，用于在所述圈数等于预设圈数时切断所述铜箔。

在其中一个实施例中，所述进料装置还包括排气净化装置，用于对所述进料装置内的气体进行换气处理。

在其中一个实施例中，所述进料装置还包括进料贴膜组件，所述进料贴膜组件用于对清洗和干燥处理后的所述铜箔进行贴膜处理；

所述进料中转装置还包括进料去膜组件，所述进料去膜组件用于对所述铜箔进行去膜处理，并将去膜处理后的所述铜箔传送至所述石英加热装置。

在其中一个实施例中，还包括隔热挡板，所述隔热挡板设置于所述进料中转装置和所述石英加热装置之间，用于防止所述石英加热装置中的热量和/或气体进入所述进料中转装置。

在其中一个实施例中，所述隔热挡板包括：

挡板本体，开设有第三通孔和第四通孔，所述第三通孔用于为所述铜箔进入所述石英加热装置提供传送通道，所述第四通孔用于为所述石英加热装置提供进气通道；

至少两个石英滚珠，嵌入所述第三通孔内，用于减小所述铜箔与所述第三通孔之间的摩擦。

在其中一个实施例中，所述石墨烯生产系统还包括冷却组件，所述冷却组件设置于所述进料中转装置和所述石英加热装置之间，用于降低所述进料中转装置的温度。

在其中一个实施例中，所述石墨烯生产系统还包括：

出料中转装置，所述出料中转装置设置于所述石英加热装置的出料口，用于对完成石墨烯生长的所述铜箔进行连续绕卷处理；以及

出料装置，设置于所述出料中转装置的出料口，绕卷处理后的所述铜箔经所述出料装置从所述石墨烯生产系统中取出。

在其中一个实施例中，所述出料中转装置包括：

出料中转辊，用于为完成石墨烯生长的所述铜箔提供支撑；

出料绕卷切断组件，用于将完成石墨烯生长的预设长度的所述铜箔绕卷至所述出料中转辊；

出料中转组件，用于容纳并传送所述出料中转辊；以及

出料传递窗，所述出料中转组件用于将绕卷有所述铜箔的所述出料中转辊传送至所述出料传递窗，所述出料传递窗用于将未绕卷所述铜箔的所述出料中转辊传送回所述出料中转组件。

本申请提供的石墨烯生产系统，通过进料中转辊绕卷铜箔并经进料传递窗传送至进料中转组件，进料中转组件同时容纳多个进料中转辊，并将铜箔用尽的进料中转辊传送回进料传递窗。当其中一个进料中转辊中的铜箔用尽后，进料压合组件可以对下一个进料中转辊的铜箔进行压合处理，从而保证石墨烯生产过程的铜箔供应的连续性，提高石墨烯的生产效率。石英加热装置设置于进料中转装置的出料口，可以在铜箔上生长石墨烯。可以理解，通过石墨烯生产系统可以提高卷对卷石墨烯的生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种石墨烯生产系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种石墨烯生产系统的进料压合组件结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种石墨烯生产系统的压合器结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种石墨烯生产系统的进料绕卷切断组件结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种石墨烯生产系统的第一压紧器结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种石墨烯生产系统的隔热挡板结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种石墨烯生产系统的出料绕卷切断组件结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种石英支架结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种石英支架结构沿A-A方向截面结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种石英支架的滚环支杆结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种石英支架的第一滚环或第二滚环结构示意图；

图12为本申请实施例提供的一种石英加热装置结构示意图。

附图标号说明

石墨烯生产系统100、进料中转装置10、进料中转辊110、进料传递窗120、进料中转组件130、转盘131、导向辊132、进料压合组件140、第一固定辊141、压合器142、压钉143、第二切断器144、第二计数器145、去膜组件150、石英加热装置20、石英支架200、第一支架210、第一滚环211、第一通孔212、环形凹槽213、第二支架220、第二滚环221、第二通孔222、支架本体230、通槽231、第二环形凸台232、安装凹槽233、滚环支杆240、支杆头部241、支杆杆部242、第一环形凸台243、安装挡块250、石英加热管260、加热腔261、石英管262、加热装置263、进料装置30、进料辊310、清洗干燥组件320、张力调整组件330、进料绕卷切断组件340、固定器341、第一压紧器342、第一计数器343、第一切断器344、排气净化装置350、贴膜组件360、隔热挡板40、挡板本体410、第三通孔411、第四通孔412、石英滚珠420、冷却组件50、温度传感器510、水冷设备520、出料中转装置60、出料中转辊610、出料绕卷切断组件620、第二固定辊621、第三计数器622、单向固定器623、第三切断器624、导向带625、第二压紧器626、出料中转组件630、出料传递窗640、出料贴膜组件650、出料装置70、连接法兰80、位置传感器910、射频发生器920。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参见图1，本申请提供一种石墨烯生产系统100。石墨烯生产系统100包括进料中转装置10和石英加热装置20。进料中转装置10包括多个进料中转辊110、进料传递窗120、进料中转组件130和进料压合组件140，进料中转辊110用于绕卷铜箔，进料传递窗120用于将绕卷有铜箔的进料中转辊110传送至进料中转组件130，进料中转组件130用于同时容纳多个进料中转辊110，并将铜箔用尽的进料中转辊110传送回进料传递窗120，进料压合组件140用于对相邻两个进料中转辊110的铜箔进行压合处理。石英加热装置20设置于进料中转装置10的出料口，用于在铜箔上生长石墨烯。

需要说明的是，本申请中所需的全部控制过程可以通过内置计算机系统完成，也可以根据实际需要通过通信设备和远程控制终端完成，本申请对此不作具体限定。在本实施例中，进料传递窗120包围形成一传递腔室，传递腔室两端设置有活动挡板。进料中转组件130和进料压合组件140可以共同包围形成一进料中转室，表面绕卷有铜箔的进料中转辊110可以通过进料传递窗120进入进料中转室。进料传递窗120包括抽换气设备，且抽换气设备设置于传递腔室内，用于对传递腔室内的气体进行更换。

进料传递窗120传递进料中转辊110的流程如下：当进料传递窗120不工作时，进料传递窗120两端的挡板关闭且传递腔室内部处于真空状态。当通过进料传递窗120传送进料中转辊110时，抽换气设备可以向传递腔室内部充入氩气，待传递腔室内部的气压达到普通大气压后，传递腔室靠近进料传递窗120进料口一侧的挡板打开，绕卷有铜箔的进料中转辊110通过进料口进入传递腔室，关闭传递腔室进料口一侧的挡板。随后，抽换气设备将传递腔室内的气体抽出直至传递腔室达到真空状态，向传递腔室内充入氩气，待传递腔室内部气压达到普通大气压后，传递腔室远离进料传递窗120的进料口一侧的挡板打开。此时，可以通过设置于进料传递窗120内部的机械传送结构将进料中转辊110送入进料中转室，关闭传递腔室远离进料口一侧的挡板。完成进料中转辊110的传送后，抽换气设备将传递腔室内的气体抽直至达到真空状态，等待下次传送进料中转辊110。

可以理解，每通过进料传递窗120向进料中转室内部传送一个绕卷有铜箔的进料中转辊110，位于进料中转室内部的一个铜箔用尽的进料中转辊110可以进入进料中转窗120，从而完成进料中转辊110的连续循环，保证石墨烯生产过程中铜箔的供应，提高了石墨烯的生产效率。同时，进料传递窗120的传递腔室和抽换气设备的设置可以避免进料中转辊110传送过程中外部气体对铜箔产生不良影响。

在其中一个实施例中，进料中转组件130包括转盘131以及导向辊132。转盘131用于容纳进料中转辊110并带动进料中转辊110进行转动。导向辊132用于将靠近导向辊132的进料中转辊110的铜箔导向至进料压合组件140。可以理解，绕卷有铜箔的进料中转辊110进入进料中转室后，被固定于进料中转组件130的转盘131上，并可以随转盘131转动至导向辊132所在位置的附近。由于导向辊132表面具有粘性，可以与铜箔接触后发生粘合，故导向辊12可以带动铜箔移动，并将铜箔导向至进料压合组件140。可以理解，进料中转组件130中转盘131和导向辊132的设置可以保证石墨烯生产过程中铜箔的连续供应，提高石墨烯的生产效率。

请一并参见图2-图3，在其中一个实施例中，进料压合组件140包括第一固定辊141、压合器142、压钉143、第二切断器144和第二计数器145。压合器142可以由上下两个夹板构成，其中一个夹板内部可以固定有压钉143，另一夹板表面开设有圆弧状凹槽，以配合压钉143压合相邻两个进料中转辊110上的铜箔。在其中一个实施例中，压钉143材料为铜或其他在1200℃下能够保持形态且不与其他物质发生反应的材料。铜箔进入进料压合组件140后，可以依次通过第一固定辊141和压合器142后经进料压合组件140的输出端传送至石英加热装置20。需要说明的是，相邻两个进料中转辊110的铜箔压合后导向辊132可以返回至起始位置。

可以理解，上述过程可以通过第二计数器145判断当前进料中转辊110上绕卷的铜箔是否用尽，具体可以通过对比进料中转辊110转过的圈数是否等于预设圈数进行判断。若判定进料中转辊110转过的圈数等于预设圈数，即当前进料中转辊110上绕卷的铜箔已用尽，则通过压合器142和压钉143将已用尽的进料中转辊110的铜箔与下一个绕卷有铜箔的进料中转辊110上的铜箔进行压合。完成压合后，压合器142的两个夹板分离，第二切断器144切断铜箔已用尽的进料中转辊110上残留的铜箔，铜箔继续沿之前路径传送，保证了石墨烯生产过程中铜箔供应的连续性。此时，下一个绕卷有铜箔的进料中转辊110可以随转盘131转动至铜箔已用尽的进料中转辊110所在位置，铜箔已用尽的进料中转辊110可以随转盘131继续转动，当其中一个铜箔已用尽的进料中转辊110对准进料传递窗120远离进料口的活动挡板时，可以进入进料传递窗120以进行进料中转辊110的更换。

在其中一个实施例中，石墨烯生产系统还包括进料装置30，进料装置30包围形成进料处理室。对准进料传递窗120的铜箔已用尽的进料中转辊110可以经进料传递窗120进入进料处理室，进入过程与进料处理室中的绕卷有铜箔的进料中转辊110通过进料传递窗120进入进料中转室的过程类似。在本实施例中，铜箔已用尽的进料中转辊110可以首先经进料传递窗120进入进料处理室，随后进料处理室中的绕卷有铜箔的进料中转辊110可以通过进料传递窗120进入进料中转室，即替代铜箔已用尽的进料中转辊110的位置随转盘131进行循环，从而保证石墨烯生产过程的连续性。可以理解，在制备同样量的石墨烯时，由于上述过程减少了制备石墨烯的时间，从而可以提高大批量石墨烯制备的效率，降低大批量石墨烯制备的成本。在另外一个实施例中，进料处理室中的绕卷有铜箔的进料中转辊110也可以通过进料传递窗120将铜箔转移至进料中转室中铜箔用尽的进料中转辊110上，本申请对此不作具体限定。

本申请提供的石墨烯生产系统100，通过进料中转辊110绕卷铜箔并经进料传递窗120传送至进料中转组件130，进料中转组件130同时容纳多个进料中转辊110，并将铜箔用尽的进料中转辊110传送回进料传递窗120。当其中一个进料中转辊110中的铜箔用尽后，进料压合组件140可以对下一个进料中转辊110的铜箔进行压合处理，从而保证石墨烯生产过程的铜箔供应的连续性，提高石墨烯的生产效率。石英加热装置20设置于进料中转装置10的出料口，可以在铜箔上生长石墨烯。可以理解，通过石墨烯生产系统100可以提高卷对卷石墨烯的生产效率。

在其中一个实施例中，石墨烯生产系统还包括进料装置30，进料装置30设置于进料传递窗120的进料口，进料装置30用于将铜箔绕卷至进料中转辊110，并将绕卷有铜箔的进料中转辊110传送至进料传递窗120，进料传递窗120还用于将铜箔用尽的进料中转辊110传送回进料装置30。可以理解，进料装置30可以包围形成进料处理室，卷有铜箔的进料中转辊110可以通过进料装置30上开设的进料挡板进入进料处理室，并在进料处理室内进行清洁、干燥以及贴膜处理，对铜箔进行预处理，保证石墨烯的生产质量。

在其中一个实施例中，进料装置30包括进料辊310、清洗干燥组件320、张力调整组件330以及进料绕卷切断组件340。进料辊310用于提供铜箔。清洗干燥组件320用于对铜箔进行清洗和干燥处理。张力调整组件330用于对清洗和干燥处理后的铜箔的张力进行调整。进料绕卷切断组件340用于将张力调整后的铜箔绕卷至铜箔用尽的进料中转辊110上，并将绕卷有铜箔的进料中转辊110传送至进料传递窗120。

进料中转辊110上待绕卷的铜箔可以首先经过清洗干燥组件320进行清洗干燥。在本实施例中，清洗干燥组件320可以包括清洗喷头和干燥器，其中清洗喷头的数量至少为两个，可以依次喷出离子水和氮气，额外的清洗喷头可以依次喷出丙酮、乙醇、稀盐酸以及稀醋酸的一种，最后一个清洗喷头可以喷出超纯水。可以理解，丙酮和乙醇等有机物可以去除油污等污染物，烯盐酸和烯醋酸可以去除一些无机杂质如氧化物等。最后，干燥器可以吹出氮气对清洗后的铜箔进行干燥处理。另外，张力调整组件330可以包括两个固定辊、一个动辊、弹簧以及位移传感器，动辊与弹簧连接且可以根据位移传感器的监测信息通过弹簧调节铜箔的张力。铜箔依次经过固定辊、动辊以及另外一个固定辊完成张力调整，张力调整后的铜箔传送至进料绕卷切断组件340。

请一并参见图4-图5，在其中一个实施例中，进料绕卷切断组件340包括固定器341、压紧器342、第一计数器343、第一切断器344。固定器341用于夹紧张力调整后的铜箔，并带动铜箔从初始位置移动至预设位置。压紧器342用于在铜箔移动至预设位置后，将铜箔压紧至进料中转辊110，固定器341在压紧器342将铜箔压紧至进料中转辊110后松开铜箔并返回至初始位置。第一计数器343用于获取铜箔在进料中转辊110上绕卷的圈数。第一切断器344用于在圈数等于预设圈数时切断铜箔。可以理解，张力调整后的铜箔可以经先后经固定器341、第一切断器344和压紧器342后固定于进料中转辊110的表面。第一计数器343设置于进料中转辊110的一侧，用于获取进料中转辊110上绕卷铜箔的圈数。

在其中一个实施例中，进料中转辊110的一侧连续开设有多个凹槽，且多个凹槽的侧壁可以形成凸起结构，凸起结构与压紧器342配合可以实现铜箔的固定。在本实施例中，压紧器342与进料中转辊110的多个凹槽相对设置，且与多个凹槽及其形成的凸起结构相匹配。在其中一个实施例中，进料中转辊110的凸起结构中凸起的形状可以为圆形、方形以及其他可以实现压紧铜箔作用的形状。可以理解，进料中转辊110中凸起结构以及压紧器342的设置，可以确保铜箔可以绕卷于进料中转辊110，从而保证石墨烯生产过程中铜箔的供应。

在其中一个实施例中，固定器341可以为双向固定器，其中双向固定器为一对相对设置的夹板。在铜箔绕卷过程中，双向固定器的两块夹板之间留有铜箔经过的间隙，间隙距离大于铜箔厚度。张力调整后的铜箔卷绕于进料中转辊110的具体过程如下：第一次可以通过手动方式将铜箔传送至双向固定器中间，直至双向固定器的两块夹板夹紧铜箔并带动铜箔移动至预设运动轨迹的另一端，或者铜箔在进料中转辊110的表面缠绕预设圈数，如3/4圈数，此时铜箔可以覆盖凸起结构位置处的进料中转辊110表面，压紧器342对准与之相匹配的进料中转辊110的凸起结构，将部分铜箔压合固定于进料中转辊110。随后，压紧器342可以返回至初始位置，同时双向固定器松开铜箔并返回至初始位置。进料中转辊110带动铜箔旋转，可以将铜箔绕卷至进料中转辊110的表面。其中，铜箔在进料中转辊110表面的旋转圈数可以通过第一计数器343获得，当铜箔绕卷圈数达到预设圈数后，双向固定器夹紧铜箔，第一切断器344切断铜箔，完成绕卷有铜箔的进料中转辊110的制备。最后，绕卷有铜箔的进料中转辊110可以通过进料传递窗120进入进料中转室。需要说明的是，铜箔第二次传送至双向固定器可以根据上述流程自动实施。

在其中一个实施例中，进料装置30还包括排气净化装置350，用于对进料装置30内的气体进行换气处理。可以理解，在进料处理室内设置的排气净化装置350可以排除生长石墨烯过程中扩散至进料中转室以及进料处理室内的废气，避免废气污染环境，甚至引起人体中毒或造成起火爆炸。因此，通过设置排气净化装置350，可以保持铜箔所处环境的洁净度，降低了铜箔表面杂质与周围环境对铜箔的污染，提高铜箔洁净度。

在其中一个实施例中，进料装置30还包括进料贴膜组件360，进料贴膜组件360用于对清洗和干燥处理后的铜箔进行贴膜处理。进料中转装置10还包括进料去膜组件150，进料去膜组件150用于对铜箔进行去膜处理，并将去膜处理后的铜箔传送至石英加热装置20。可以理解，清洗和干燥处理后的铜箔可以进行贴膜处理，从而可以有效防止在传动和收卷过程中对铜箔的划蹭与污染，进而为下一步生长石墨烯提供优质的铜箔基体，提高制备的石墨烯纯度与质量。同时，若在进料处理室中采用进料贴膜组件360进行贴膜处理，则对应在进料中转室中采用去膜组件150对铜箔进行处理，以便将铜箔传送至石英加热装置20进行石墨烯的制备。

在其中一个实施例中，还包括隔热挡板40，隔热挡板40设置于进料中转装置10和石英加热装置20之间，用于减少石英加热装置20中的热量和/或气体进入进料中转装置10。在本实施例中，隔热挡板40可以采用石英材料制成。

请一并参见图6，在其中一个实施例中，隔热挡板40包括挡板本体410和至少两个石英滚珠420。挡板本体410开设有第三通孔411和第四通孔412，第三通孔411用于为铜箔进入石英加热装置20提供传送通道，第四通孔412用于为石英加热装置20提供进气通道。至少两个石英滚珠420嵌入第三通孔411内，用于减小铜箔与第三通孔411之间的摩擦。

可以理解，石英加热装置20包围形成加热腔，加热腔内轴向中间位置的外部设置有加热装置，故需要在加热腔内部两端分别设置隔热挡板40。其中，每个隔热挡板40内部均嵌入多对石英滚珠420，由进料处理中转室传出的铜箔经一个隔热挡板40内石英滚珠420传入加热腔，依次经过石英加热装置20内设置的石英支架200上的每一对第一滚环211和第二滚环221，最后经另一个隔热挡板40内嵌入的石英滚珠420传出加热腔，到达出料中转室。在其中一个实施例中，石英支架200的两侧分别设置有安装挡块250，每个安装挡块250的一侧与石英支架200的一侧接触，安装挡块250的另一侧与隔热挡板40接触，以将石英支架200固定于加热腔内。

可以理解，由于铜箔在整个过程中贯穿进料中转室、加热腔以及出料中转室，故反应气体也会有少许进入进料中转室和出料中转室。若不设置隔热挡板40，则加热腔内的加热温度后会传导至相邻的进料中转室和出料中转室，当温度较高时，反映气体会对生长石墨烯前后的铜箔以及铜箔表面的贴膜产生影响，如物理影响(温度过高贴膜变形甚至融化)或化学影响(温度过高反应气体与铜箔或贴膜反应)。另外，石英滚珠420的设置可以将铜箔的滑动摩擦改进为滚动摩擦，即通过减小摩擦阻力减少铜箔传送过程中磨损，还可以减小铜箔与支撑物的接触面积，扩大了铜箔的有效生长面积。

在其中一个实施例中，加热腔两端安装有连接法兰80，其中一个连接法兰80的一端与进料中转室靠近进气口的位置连接，另一个连接法兰80的一端与出料中转室中由加热腔传出铜箔的一端连接。其中，在进料中转室进气口处的连接法兰80与石英加热装置20之间的石英管外部设置有射频发生器920，用于在生长石墨烯前的预处理铜箔。可以理解，射频发生器920用于对待生长石墨烯的铜箔表面进行处理，以降低铜箔在石英加热装置20中生长石墨烯的过程中所需要的加热温度。另外，射频发射器920可以促进生长石墨烯所用的气体如甲烷的加速分解，进而降低甲烷的分解所需的温度。

在其中一个实施例中，进料中转室的外侧同时设置有水冷设备520，水冷设备520可以为水冷法兰。其中，水冷法兰与连接法兰80的之间设置有进气口通路。本实施例中，进气口可以由两个相交的孔结构形成，即进料中转室中进气口的结构为孔状结构，在铜箔传出进料中转室的一端内部开设有圆形环状通孔，即第四通孔412，进气口的孔状结构与第四通孔412连通。在其中一个实施例中，进料中转室的孔状结构的宽度小于隔热挡板40的第四通孔412的宽度。

在其中一个实施例中，由于隔热挡板40径向截面为圆柱形，故第四通孔412轴线截面可以为上下两个对称的扇形通孔。第三通孔411可以为沿轴线方向开设的矩形通孔，矩形通孔沿径向的长度可容纳并传送铜箔即可。同时，沿隔热挡板40的径向在矩形通孔的内部上下对称嵌入两个圆形的石英滚珠420，即石英滚珠420数量至少为四个。可以理解，隔热挡板40可以一方面与进气口接通，以使进气口的气体可以通入加热腔，另一方面可以减少加热腔排放至进料中转室和出料中转室内的气体。另外，隔热挡板40可以支撑铜箔，以使铜箔顺利传送至加热腔，同时可以隔离或减小由加热腔产生的热量扩散或传输至进料中转室和出料中转室，以保持进料中转室和出料中转室的初始环境温度。需要说明的是，本申请对隔热挡板40的材料和尺寸不作具体限定，可以根据所需隔热效果进行具体限定。

在其中一个实施例中，石墨烯生产系统还包括冷却组件50，冷却组件50设置于进料中转装置10和石英加热装置20之间，用于降低进料中转装置10的温度。冷却组件50可以包括温度传感器510和水冷设备520，温度传感器510可以设置于进料中转室靠近铜箔传出的一侧，水冷设备520可以设置于进料中转室的外部。本实施例中，温度传感器510可以测量的进料中转室内部的温度，水冷设备520可以根据温度传感器510测得的温度对水冷流量和流速等相关参数进行调节，进而将进料中转室内的温度维持在预设温度，以保证进料中转室内铜箔性能的稳定性，即不会发生物理或化学反应。可以理解，进料中转室的出料口为一条缝隙，铜箔可以经该缝隙传送至石英加热装置20。在其中一个实施例中，冷却设备520可以为水冷法兰，进料中转室的出料口与石英加热装置20可以通过连接法兰80进行连接。

在其中一个实施例中，石墨烯生产系统100还包括出料中转装置60以及出料装置70。出料中转装置60设置于石英加热装置20的出料口，用于对完成石墨烯生长的铜箔进行连续绕卷处理。出料装置70设置于出料中转装置60的出料口，绕卷处理后的铜箔经出料装置70从石墨烯生产系统中取出。可以理解，出料中转装置60包围形成出料中转室，出料装置70包围形成出料处理室。出料中转室靠近石英加热装置20传出铜箔的一侧，内部开设有进气口并设置有温度传感器510，在外部设置有水冷设备520。在其中一个实施例中，可以根据温度传感器510的温度控制水冷设备520的流量和流速等相关参数。本实施例中，温度传感器510可以测量的出料中转室内部的温度，水冷设备520可以根据温度传感器510测得的温度对水冷流量和流速等相关参数进行调节，进而将出料中转室内的温度维持在预设温度，以保证出料中转室内的完成石墨烯生长的铜箔的性能保持稳定，即不会发生物理或化学反应。

请一并参见图7，在其中一个实施例中，出料中转装置60包括出料中转辊610、出料绕卷切断组件620、出料中转组件630以及出料传递窗640。出料中转辊610用于为完成石墨烯生长的铜箔提供支撑。出料绕卷切断组件620用于将完成石墨烯生长的预设长度的铜箔绕卷至出料中转辊610。出料中转组件630用于容纳并传送出料中转辊610。出料中转组件630用于将绕卷有铜箔的出料中转辊610传送至出料传递窗640，出料传递窗640用于将未绕卷铜箔的出料中转辊610传送回出料中转组件630。

在其中一个实施例中，出料绕卷切断组件620包括第二固定辊621、第三计数器622、单向固定器623、第三切断器624、导向带625以及第二压紧器626，其中单向固定器623和导向带625可以通过双向固定器进行替代。可以理解，铜箔进入出料中转室后首先经过出料贴膜组件650进行贴膜处理，以防止生长有石墨烯的铜箔在后续传动和收卷过程中的划蹭与污染。铜箔经出料贴膜组件650传出后先后经过第二固定辊621、单向固定器623和第三切断器624后被第二压紧器626固定于出料中转辊610的凸起结构，出料中转辊610带动铜箔转动，可以完成铜箔的绕卷切断过程。绕卷有完成石墨烯生长后的铜箔的出料中转辊610可以通过出料传递窗640传送至出料装置70形成的出料处理室，其中出料传递窗640形成一个传递腔室，且出料传递窗640包括一个抽换气设备，抽换气设备用于抽取传递腔室内的气体并充入氩气。

在其中一个实施例中，完成石墨烯生长的铜箔首次传送至出料中转室中的贴膜组件650、第二固定辊621以及出料中转辊610的方式为手动，并通过第二压紧器626将一段铜箔固定在出料中转辊610。其中，出料中转辊610中开设有多个凹槽，凹槽侧壁形成多个凸起，即多个凹槽和凸起可以共同形成倒钩凹槽结构。可以理解，倒钩凹槽结构的位置与第二压紧器626对准，以便将铜箔压紧至出料中转辊610。当石英加热装置20中的某段铜箔完成石墨烯生长后，出料中转辊610转动，带动铜箔绕卷于出料中转辊610的表面。其中，出料中转辊610的上方附近设置有第三计数器622以获取出料中转辊610转过的圈数，当出料中转辊610的圈数等于预设圈数时，出料中转辊610停止旋转。此时，位于导向带625上方的单向固定器623夹紧并固定铜箔，第三切断器624将铜箔切断。随后，出料中转组件630中的转盘首先向下移动一段距离，避开导向带625的阻挡后再进行转动，以带动表面卷有制备好石墨烯铜箔的出料中转辊610对准出料传递窗640，并将出料中转辊610传送至出料处理室。可以理解，出料中转辊610进入出料处理室的过程与进料中转辊110由进料处理室进入进料中转室的过程类似。

将出料中转辊610表面的铜箔卷卸下并传送至出料处理室后，出料中转辊610由出料处理室进入出料中转室，随出料中转组件630中的转盘移动至出料中转辊610待绕卷完成石墨烯生长的铜箔所在的位置，可以实现出料中转辊610的循环利用。此时处于导向带625上方的单向固定器623夹紧并固定铜箔，并带动铜箔传送至导向带625远离第二固定辊621的一端，此时铜箔传送至出料中转辊610倒钩凹槽结构所在位置，出料中转辊610的倒钩凹槽结构与第二压紧器626对准。可以理解，导向带625可以开设有凹槽，从而使第二压紧器626可以将铜箔压紧固定于出料中转辊610位置的移动路径上。压紧铜箔后，第二压紧器626可以退回到初始位置，处于导向带625末端的单向固定器623松开铜箔，并随着石英加热装置20中石墨烯的生长，完成石墨烯生长的铜箔长度不断增加，出料中转辊610旋转，出料中转辊610上方附近设置的第三计数器622可以获取出料中转辊610绕卷的圈数。当出料中转辊610绕卷的圈数达到预设圈数时，出料中转辊610停止旋转，此时处于导向带625上方的单向固定器623夹紧并固定铜箔，第三切断器624将铜箔切断，如此循环可以实现完成石墨烯生长的铜箔的连续出料。

在其中一个实施例中，出料装置70包括排气净化装置350，排气净化装置350设置于出料处理室内。可以理解，在出料处理室内设置有排气净化装置350可以排除生长石墨烯过程中扩散至出料中转室以及出料处理室内的废气，避免废气污染环境，引起人体中毒或发生燃烧爆炸。

在其中一个实施例中，石墨烯生产系统100还包括位置传感器910。位置传感器910可以监测铜箔所处高度和/或位置，以便判断铜箔的拉伸处于过紧状态还是松弛状态。可以理解，拉伸过紧可能导致铜箔被拉断或撕裂，拉伸松弛可能导致铜箔褶皱，从而影响铜箔表面制备石墨烯的品质。因此，通过位置传感器910监测铜箔所处高度和/或位置，可以调节第一固定辊141、去膜组件150、第二固定辊621以及出料贴膜组件650的转速，从而保证的铜箔的拉伸状态适中，保证铜箔表面石墨烯的品质。

综上所述，本申请提供的石墨烯生产系统100通过设置进料绕卷切断组件340、进料压合组件140、出料绕卷切断组件620可以提高设备使用率，实现连续化及大批量的石墨烯生产，降低石墨烯制备成本。另外，石墨烯生产系统100通过形成进料处理室、进料中转室、出料处理室、出料中转室，结合进料传递窗120、出料传递窗640以及抽换气设备，可以在提高设备使用率的同时，避免石英加热装置20内气体与外界环境和人的接触，提高了设备的安全性，避免了污染环境与人体伤害。

请一并参见图8-图9，可以理解，由于铜箔在石英管中用于生长石墨烯的的面积大小受石英管在加热区的长度与石英管的直径限制，进而影响石墨烯的生产制备效率。因此，本申请还提供一种石英支架200。石英支架200包括第一支架210和第二支架220。第一支架210设置有至少三个第一滚环211，第一滚环211沿第一支架210的延伸方向依次排布，相邻的第一滚环211的位置高度不同。第二支架220与第一支架210相对设置，设置有至少三个第二滚环221，第二滚环221与第一滚环211一一对应，第二滚环221的位置与对应的第一滚环211的位置高度相同，第二滚环221与对应的第一滚环211的连线垂直于第一支架210的延伸方向。其中，第一滚环211和第二滚环221用于支撑并传送待生长石墨的铜箔，第一支架210、第二支架220、第一滚环211和第二滚环221均采用石英材料制成。

可以理解，本申请的石英支架200通过设置第一支架210和第二支架220，并在第一支架210上设置至少三个第一滚环211，在第二支架220上设置三个第二滚环221，第一滚环211和第二滚环221一一对应，且对应的第一滚环211和第二滚环221所在位置高相同。其中，第一滚环211沿第一支架210的延伸方向依次排布，相邻的第一滚环211的位置高度不同。在上述结构中，由于第二滚环221与对应的第一滚环211的连线垂直于第一支架210的延伸方向，且第一滚环211和第二滚环221可以支撑并传送待生长石墨的铜箔，可以避免铜箔与炉管接触，还可以在无需增加炉管直径与长度的前提下，增加铜箔在炉管内的面积，从而增加单次生长石墨烯的面积。因此，石英支架200可以提高石墨烯生产效率，同时避免在炉管内的铜箔与石英管壁粘接造成石墨烯褶皱或撕裂，提高石墨烯的质量。

在其中一个实施例中，石英支架200还包括支架本体230，支架本体230开设有一通槽231，通槽231的一个侧壁形成第一支架210，另一个侧壁形成第二支架220，第一支架210的延伸方向为通槽231的延伸方向。在本实施例中，支架本体230竖直朝上的方向开设有通槽231，开设有通槽231的支架本体230呈半工字型。可以理解，通槽231的两侧分别形成第一支架210和第二支架220可以提高第一支架210和第二支架220的稳定性，并简化石英支架200的结构。

在其中一个实施例中，第一支架210开设有至少三个第一通孔212，第一通孔212沿通槽231的延伸方向依次排布，相邻的第一通孔212的位置高度不同，第二支架220开设有至少三个第二通孔222，第二通孔222与第一通孔212一一对应，第二通孔222的位置与对应的第一通孔212的位置的高度相同，第二通孔222与对应的第一通孔212的连线垂直于通槽231的延伸方向。石英支架还包括多个滚环支杆240，滚环支杆240分别设置于每个第一通孔212和每个第二通孔222，第一滚环211和第二滚环221套设于滚环支杆240，第一滚环211和第二滚环221用于沿滚环支杆240转动。可以理解，在第一通孔212和第二通孔222可以为螺纹通孔，滚环支杆240与第一通孔212和第二通孔222连接的一端可以设置有螺纹，即滚环支杆240可以分别与第一通孔212和第二通孔222通过螺纹连接，可以提高滚环支杆240与第一通孔212和第二通孔222之间连接的稳定性，并简化石英支架200的结构。

在其中一个实施例中，第一滚环211和/或第二滚环221与滚环支杆240接触的表面设置有半圆形凸起，半圆形凸起用于减小第一滚环211和/或第二滚环221与滚环支杆240之间的摩擦。

请一并参见图10，本实施例中第一滚环211和/或第二滚环221与滚环支杆240接触的表面设置的半圆形凸起还可以位于滚环支杆240的表面，本申请对此不作具体限定。请一并参见图11，第一滚环211和/或第二滚环221与其它部件接触的表面也可以设置有半圆形凸起。在其中一个实施例中，第一滚环211和第二滚环221中半圆形凸起所在位置的一侧可以分别与第一支架210和第二支架220接触，另一侧可以与滚环支杆240接触。可以理解，通过将第一滚环211和/或第二滚环221两侧设置有半圆形凸起，可以减小接触面，从而减小摩擦力。需要说明的是，滚环支杆240远离第一通孔212和第二通孔222的一端可以为光杆结构，半圆形凸起可以设置于光杆表面。

在其中一个实施例中，滚环支杆240包括支杆头部241和支杆杆部242，支杆头部241靠近支杆杆部242的一侧加工有第一环形凸台243，第一环形凸台243的外径小于支杆头部241的直径且大于支杆杆部242的直径。通槽231中第一通孔212和第二通孔222所在位置的侧壁加工有第二环形凸台232，第二环形凸台232的外径与第一环形凸台243的外径相同。第一滚环211沿轴向的两端开分别开设有环形凹槽213，环形凹槽213的直径与第一环形凸台243的外径相同，环形凹槽213用于将第一滚环211的两侧分别固定于第一环形凸台243和第二环形凸台232，第二滚环221与第一滚环211的结构相同。在其中一个实施例中，滚环支杆240可以为螺钉，第一通孔212和第二通孔222可以为螺纹通孔。其中，螺纹通孔朝向通槽231一侧的支架表面加工有凸台，即第二环形凸台232。螺钉头部靠近螺钉杆部的一侧加工有第一环形凸台243。在本实施例中，第一滚环211与第二滚环221可以通过螺钉和螺纹通孔以螺纹配合方式安装在支架本体230上，第一滚环211与第二滚环221两侧分别与第一环形凸台243和第二环形凸台232接触。

在其中一个实施例中，支架本体230开设有两个安装凹槽233，安装凹槽233位于支架本体230沿通槽231延伸方向的两端，且位于支架本体230远离通槽231的一侧。石英支架系统还包括两个安装挡块250，安装挡块250的一端抵接于安装凹槽233，安装挡块250的另一端用于抵接于石英加热管，安装挡块250和安装凹槽233用于固定支架本体230。可以理解，由于石英支架200用于炉管内的铜箔支撑，通过在石英支架体的下端轴向两侧分别开设有对称凹槽，即安装凹槽233，结合石英材质的安装挡块250，可以将支架本体230固定于炉管内。由进料中转室传送出的铜箔经过每对第一滚环211与第二滚环221的传送，可以进入出料中转室。

在其中一个实施例中，支架本体230远离通槽231的一侧加工有斜面，斜面用于与增大与石英加热管260内壁的接触面积。支架本体230贴合石英管壁的一端的径向两侧加工有多个过渡斜面，过度斜面的形状接近于与之接触石英管内壁形状。可以理解，多个过渡斜面(或折线斜面)可以固定支架本体230，从而防止或减小支架本体230在石英加热管260的径向转动，提高支架本体230的位置稳定性。

请一并参见图12，基于同一发明构思，本申请还提供一种石英加热装置，包括任一上述实施例中的石英支架和石英加热管260，石英加热管260包围形成一加热腔261，石英支架位于加热腔261内。在其中一个实施例中，石英加热管260包括石英管263和加热装置262，加热装置262设置于石英管263的外壁。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种石墨烯生产系统，其特征在于，包括：

进料中转装置，所述进料中转装置包括多个进料中转辊、进料传递窗、进料中转组件和进料压合组件，所述进料中转辊用于绕卷铜箔，所述进料传递窗用于将绕卷有所述铜箔的所述进料中转辊传送至所述进料中转组件，所述进料中转组件用于同时容纳多个所述进料中转辊，并将所述铜箔用尽的所述进料中转辊传送回所述进料传递窗，所述进料压合组件用于对相邻两个所述进料中转辊的所述铜箔进行压合处理；以及

石英加热装置，设置于所述进料中转装置的出料口，用于在所述铜箔上生长石墨烯；

所述进料中转组件包括：

转盘，用于容纳所述进料中转辊并带动所述进料中转辊进行转动；以及

导向辊，用于将靠近所述导向辊的所述进料中转辊的所述铜箔导向至所述进料压合组件；

所述石墨烯生产系统还包括进料装置，所述进料装置设置于所述进料传递窗的进料口，所述进料装置用于将所述铜箔绕卷至所述进料中转辊，并将绕卷有所述铜箔的所述进料中转辊传送至所述进料传递窗，所述进料传递窗还用于将所述铜箔用尽的所述进料中转辊传送回所述进料装置；

所述进料装置包括：

进料辊，用于提供所述铜箔；

清洗干燥组件，用于对所述铜箔进行清洗和干燥处理；

张力调整组件，用于对清洗和干燥处理后的所述铜箔的张力进行调整；以及

进料绕卷切断组件，用于将张力调整后的所述铜箔绕卷至所述铜箔用尽的所述进料中转辊上，并将绕卷有所述铜箔的所述进料中转辊传送至所述进料传递窗；

所述进料绕卷切断组件包括：

固定器，用于夹紧张力调整后的所述铜箔，并带动所述铜箔从初始位置移动至预设位置；

压紧器，用于在所述铜箔移动至所述预设位置后，将所述铜箔压紧至所述进料中转辊，所述固定器在所述压紧器将所述铜箔压紧至所述进料中转辊后松开所述铜箔并返回至所述初始位置；

第一计数器，用于获取所述铜箔在所述进料中转辊上绕卷的圈数；以及

第一切断器，用于在所述圈数等于预设圈数时切断所述铜箔。

2.根据权利要求1所述的石墨烯生产系统，其特征在于，所述进料装置还包括排气净化装置，用于对所述进料装置内的气体进行换气处理。

3.根据权利要求1所述的石墨烯生产系统，其特征在于，

所述进料装置还包括进料贴膜组件，所述进料贴膜组件用于对清洗和干燥处理后的所述铜箔进行贴膜处理；

所述进料中转装置还包括进料去膜组件，所述进料去膜组件用于对所述铜箔进行去膜处理，并将去膜处理后的所述铜箔传送至所述石英加热装置。

4.根据权利要求1所述的石墨烯生产系统，其特征在于，还包括隔热挡板，所述隔热挡板设置于所述进料中转装置和所述石英加热装置之间，用于防止所述石英加热装置中的热量和/或气体进入所述进料中转装置。

5.根据权利要求4所述的石墨烯生产系统，其特征在于，所述隔热挡板包括：

挡板本体，开设有第三通孔和第四通孔，所述第三通孔用于为所述铜箔进入所述石英加热装置提供传送通道，所述第四通孔用于为所述石英加热装置提供进气通道；

至少两个石英滚珠，嵌入所述第三通孔内，用于减小所述铜箔与所述第三通孔之间的摩擦。

6.根据权利要求2所述的石墨烯生产系统，其特征在于，还包括冷却组件，所述冷却组件设置于所述进料中转装置和所述石英加热装置之间，用于降低所述进料中转装置的温度。

7.根据权利要求1所述的石墨烯生产系统，其特征在于，还包括：

出料中转装置，所述出料中转装置设置于所述石英加热装置的出料口，用于对完成石墨烯生长的所述铜箔进行连续绕卷处理；以及

出料装置，设置于所述出料中转装置的出料口，绕卷处理后的所述铜箔经所述出料装置从所述石墨烯生产系统中取出。

8.根据权利要求7所述的石墨烯生产系统，其特征在于，所述出料中转装置包括：

出料中转辊，用于为完成石墨烯生长的所述铜箔提供支撑；

出料绕卷切断组件，用于将完成石墨烯生长的预设长度的所述铜箔绕卷至所述出料中转辊；

出料中转组件，用于容纳并传送所述出料中转辊；以及

出料传递窗，所述出料中转组件用于将绕卷有所述铜箔的所述出料中转辊传送至所述出料传递窗，所述出料传递窗用于将未绕卷所述铜箔的所述出料中转辊传送回所述出料中转组件。