CN214653668U - 多层卷对卷制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多层卷对卷制备系统，包括：反应室，其至少一部分设置有加热元件；多组放料辊和收料辊，设置在反应室的设置有加热元件的部分之外；和多层基底材料箔，每一层通过一组放料辊和收料辊中的放料辊放出，经过反应室，最后由该组放料辊和收料辊中的收料辊卷收。根据本实用新型的多层卷对卷制备系统，能在连续的生产过程中，在有限的制备空间内，通过在相同的制备条件下增大制备面积，提高生产效率，同时避免基底材料箔与放料辊或收料辊由于受热而粘连。

Description

多层卷对卷制备系统

技术领域

本实用新型涉及卷对卷制备设备，更具体地，涉及改进的多层卷对卷制备系统。

背景技术

大面积石墨烯薄膜主要通过化学气相沉积法制备。通过卷对卷制备设备可以实现石墨烯薄膜的连续制备。现有的卷对卷技术，是将单片铜箔条带基底通过反应区，通过卷对卷传动装置实现石墨烯的连续制备。但是现有的卷对卷石墨烯制备设备虽然实现了连续制备，但是考虑到石墨烯的生长时间，生产效率还是不尽人意。

因此希望进一步改进的、提高生产效率的卷对卷制备设备及卷对卷制备方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过提供改进的、提高生产效率的多层卷对卷制备设备，至少部分地克服了现有技术中的不足。

根据本实用新型，提供一种多层卷对卷制备系统，包括：

反应室，其至少一部分设置有加热元件；

多组放料辊和收料辊，设置在反应室的设置有加热元件的部分之外；和

多层基底材料箔，每一层通过一组放料辊和收料辊中的放料辊放出，经过反应室，最后由该组放料辊和收料辊中的收料辊卷收。

优选地，所述系统包括进气口和出气口，分别设置在反应室的上游侧和下游侧。

优选地，所述系统包括多个反应室，每一个包括一对进气口和出气口，每一个反应室的进去口和出气口分别设置在相应反应室的上游侧和下游侧。

优选地，所述反应室的基底材料箔进口端和出口端设置有耐热挡板，耐热挡板上设置有供基底材料箔通过的狭缝。

优选地，在所述系统包括多个反应室且所述多个反应室每一个包括一对进气口和出气口的情况下，多个反应室之间包括耐热挡板，耐热挡板上设置有供基底材料箔通过的狭缝。

优选地，所述系统还包括真空放料室，放料辊和收料辊设置在真空放料室中。

优选地，在所述系统包括多个反应室且所述多个反应室每一个包括一对进气口和出气口的情况下，多个反应室之间包括隔离部，所述隔离部为真空腔室。

优选地，所述基底材料箔为铜箔，所述系统用于制备石墨烯。

优选地，所述系统包括两个反应室，每一个反应室设置有一对进气口和出气口，第一反应室通入少量的氧对铜箔基底进行预处理或通入惰性气体对铜箔基底进行退火处理，第二反应室通入碳源，进行石墨烯生长。

根据本实用新型的多层卷对卷制备系统，能在连续的生产过程中，在有限的制备空间内，通过在相同的制备条件下增大制备面积，提高生产效率，同时避免基底材料箔与放料辊或收料辊由于受热而粘连。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本实用新型第一实施例的多层卷对卷制备系统的示意图；

图2是根据本实用新型第二实施例的多层卷对卷制备系统的示意图；

图3是根据本实用新型第三实施例的多层卷对卷制备系统的示意图；

图4是根据本实用新型第四实施例的多层卷对卷制备系统的示意图；

图5是根据本实用新型的多层卷对卷制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

在本实用新型中，术语“上”、“外侧”、“之外”、“上游侧”、“下游侧”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、部件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

图1是根据本实用新型第一实施例的多层卷对卷制备系统的示意图。多层卷对卷制备系统总体以100标示，包括反应室110，其至少一部分设置有加热元件111；进气口112和出气口113，分别设置在反应室110的上游侧和下游侧；第一组放料辊101和收料辊102，第二组放料辊103和收料辊104，第三组放料辊105和收料辊106，设置在，设置在反应室110的设置有加热元件111的部分之外；和第一层基底材料箔107、第二层基底材料箔108及第三层基底材料箔109，每一层通过一组放料辊和收料辊中的放料辊放出，经过反应室110，最后由该组放料辊和收料辊中的收料辊卷收。

根据本实用新型该实施例的多层卷对卷制备系统100通过设置多组放料辊101，103，105和收料辊102，104，106，且每一组放料辊和收料辊卷绕的基底材料箔107，108，109分层设置，使得有限空间的反应室110内延伸多层连续卷绕的基底材料箔。

根据本实用新型该实施例的多层卷对卷制备系统适用于静态和动态气相沉积。

在静态气相沉积情况下，由于本实用新型该实施例中反应室110内设置了多层基底材料箔107，108，109，增大了反应室110中基底材料箔的总长度，因此生产效率提高。

在动态气相沉积情况下，与现有的卷对卷技术相比较，现有的卷对卷技术是将单片基底材料箔条带基底通过反应区，通过卷对卷传动装置实现连续制备。产物的生产效率P＝Wv，W为基底材料箔条带宽度，v为传动速度。v由反应区长度L和产物制备时间t决定，v＝L/t。因此，P＝WL/t。而本实用新型该实施例中，假设反应室110的长度为L，基底材料箔层数为n，反应区长度L和产物制备时间t不变，产物的生产效率为P＝nWL/t，大约是普通单片基底材料箔卷对卷传动技术的n倍，本实施例中，基底材料箔层数位3，生产效率大约是普通单品基底材料箔卷对卷传动技术的3倍。

而且，无论在动态气相沉积还是静态气相沉积情况下，由于多组放料辊101，103，105和收料辊102，104，106设置在反应室110的具有加热元件111的部分之外，因此还能避免加热过程中多组放料辊101，103，105和收料辊102，104，106和多层基底材料箔107，108和109的受热粘连。

为了获得生长均匀的气相沉积产物，进气口112和出气口113的进气和出气方向可设置为平行于多层基底材料箔107，108和109，并且反应室110内还可设置空气移动设备，以使通入的气体在反应室110内均匀分布。

本实施例的多层卷对卷制备系统100适用于大气压力下的气相沉积过程，反应室110可以是敞开的，也可以在两端分别设置耐热挡板114和115，耐热挡板114和115上开设有供多层基底材料箔107，108和109穿过的狭缝。耐热挡板114和115例如可以是由E型硅钢片交错放置形成狭缝的结构，也可以是整片耐热挡板上切割出狭缝的结构。

图2是根据本实用新型第二实施例的多层卷对卷制备系统的示意图。图中，多层卷对卷制备系统以200标示，与第一实施例中相同的部件采用相同的附图标记，为了区别，左边第一位数字增加1。

从图2可看到，第二实施例与第一实施例的区别在于，多层卷对卷气制备系统以200包括第一反应室210和第二反应室220，第一反应室210包括第一进气口212和第一出气口213，分别设置在第一反应室210的上游侧和下游侧，第二反应室220包括第二进气口222和第二出气口223，分别设置在第二反应室220的上游侧和下游侧。

第一进气口212和第一出气口213以及第二进气口222’和第二出气口223通入相同的气态反应物时，与本实用新型第一实施例的卷对卷制备系统100相比较，相当于气相沉积在第一反应室210和第二反应室220连续进行。在通入相同的气态反应物时，第一反应室210和第二反应室220也可仅设置一对进气口和出气口，设置在第一反应室210的上沿侧和第二反应室220的下游侧。

第一进气口212和第一出气口213以及第二进气口222和第二出气口223可以通入不同的气态反应物，由此可以对基底材料箔进行不同气氛环境的控制处理，能有效提高产物生长基底的质量，从而提高制备产物薄膜质量。例如，在采用铜箔作为基底材料箔进行气相沉积制备石墨烯时，通过在第一反应室210的第一进气口212和第一出气口222加入少量的氧对铜箔基底进行预处理或在惰性气体中进行退火，在第二反应室220的第二进气口222和第二出气口223再通入碳源进行石墨烯生长，可以获得更高质量的石墨烯薄膜。

另外，该第二实施例中，第一反应室210的上游端和第二反应室220的下游端两端以及第一反应室210和第二反应室220之间分别设置耐热挡板214、215和216，耐热挡板214、215和216上开设有供多层基底材料箔207，208和209穿过的狭缝，同时第一反应室210和第二反应室220中通入的不同气氛分隔开。耐热挡板214、215和216同样例如可以是硅钢片。

图3是根据本实用新型第三实施例的多层卷对卷制备系统的示意图。图中，多层卷对卷制备系统以300标示，与第二实施例中相同的部件采用相同的附图标记，为了区别，左边第一位数字增加1。

从图3可看到，第三实施例与第二实施例的区别在于，多层卷对卷制备系统以300包括第一真空放料室330和第二真空放料室340，放料辊301，303和305设置在第一真空放料室330中，收料辊302，304和306设置在第二真空放料室340中。

在该第三实施例中，气相沉积能够在真空、甚至负压下进行。

图4是根据本实用新型第四实施例的多层卷对卷制备系统的示意图。图中，多层卷对卷制备系统以400标示，与第三实施例中相同的部件采用相同的附图标记，为了区别，左边第一位数字增加1。

从图3可看到，第四实施例与第三实施例的区别在于，多层卷对卷制备系统400包括第一组放料辊401和收料辊402，以及第二组放料辊403和收料辊404，设置在第一反应室410的设置有加热元件411的部分和第二反应室420的设置有加热元件421的部分之外；和第一层基底材料箔407及第二层基底材料箔408，每一层通过一组放料辊和收料辊中的放料辊放出，经过第一反应室410和第二反应室420，最后由该组放料辊和收料辊中的收料辊卷收。

根据本实用新型的多层卷对卷制备系统中使用的基底材料箔的层数不限于实施例中所示的具体层数，可根据实际反应室的尺寸及所制备产物的质量来设置。

图5是根据本申请的多层卷对卷制备方法的流程图。根据本申请的多层卷对卷制备方法总体以1000标示，包括步骤1001，1002和1003。

具体来说，在步骤1001中，分层布置的多组放料辊放出多层基底材料箔，在步骤1002中，将放出的基底材料箔延伸经过加热区，进行气相沉积，然后进行步骤1003，分层布置的多组收料辊卷收多层基底材料箔。

根据本申请的多层卷对卷制备方法1000适用于静态气相沉积和动态气相沉积制备过程。

由于基底材料箔分层布置进入和离开加热区，因此在静态气相沉积和动态气相沉积时，由于加热区长度及生产时间不变，基底材料箔分多层布置，生产面积增大，因此生产效率提高。

而且，无论在动态气相沉积还是静态气相沉积情况下，由于放料辊和收料辊设置在加热区的外侧，还可避免基底材料箔在生产过程中由于受热与放料辊或收料辊粘连。

根据本申请的多层卷对卷制备方法中，在多层基底材料箔延伸进出多个加热区的情况下，一个或多个加热区与其他加热区可通入不同的气氛，从而可在连续的制备过程中加入对基底材料箔的处理过程，提高基底材料箔的性能，从而获得更高质量的制备产物薄膜。

本申请的卷对卷制备设备及卷对卷制备方法虽然以气相沉积过程为例进行说明，但是本申请的卷对卷制备设备及卷对卷制备方法不限于气相沉积过程，还适用于将反应物涂敷在基底材料箔上进行加热的制备方法，或不通入气氛进行产品制备的卷对卷制备系统及卷对卷制备方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种多层卷对卷制备系统，其特征在于，包括：

反应室，其至少一部分设置有加热元件；

多组放料辊和收料辊，设置在反应室的设置有加热元件的部分之外；和

多层基底材料箔，每一层通过一组放料辊和收料辊中的放料辊放出，经过反应室，最后由该组放料辊和收料辊中的收料辊卷收。

2.根据权利要求1所述的多层卷对卷制备系统，其特征在于，所述系统包括进气口和出气口，分别设置在反应室的上游侧和下游侧。

3.根据权利要求1所述的多层卷对卷制备系统，其特征在于，所述系统包括多个反应室，每一个包括一对进气口和出气口，每一个反应室的进气口和出气口分别设置在相应反应室的上游侧和下游侧。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的多层卷对卷制备系统，其特征在于，所述反应室的基底材料箔进口端和出口端设置有耐热挡板，耐热挡板上设置有供基底材料箔通过的狭缝。

5.根据权利要求4所述的多层卷对卷制备系统，其特征在于，在所述系统包括多个反应室且所述多个反应室每一个包括一对进气口和出气口的情况下，多个反应室之间包括耐热挡板，耐热挡板上设置有供基底材料箔通过的狭缝。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的多层卷对卷制备系统，其特征在于，所述系统还包括真空放料室，放料辊和收料辊设置在真空放料室中。

7.根据权利要求6所述的多层卷对卷制备系统，其特征在于，在所述系统包括多个反应室且所述多个反应室每一个包括一对进气口和出气口的情况下，多个反应室之间包括隔离部，所述隔离部为真空腔室。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的多层卷对卷制备系统，其特征在于，所述基底材料箔为铜箔，所述系统用于制备石墨烯。

9.根据权利要求8所述的多层卷对卷制备系统，其特征在于，所述系统包括两个反应室，每一个反应室设置有一对进气口和出气口，第一反应室通入少量的氧对铜箔基底进行预处理或通入惰性气体对铜箔基底进行退火处理，第二反应室通入碳源，进行石墨烯生长。

Images