TW201447055A - 複合板材的分離裝置 - Google Patents

Abstract

一種複合板材的分離裝置，用來分離一個具有一金屬觸媒層及至少一個薄膜層的複合板材，該分離裝置包含：一個容器、一個導引單元，以及一個氣泡產生單元，該容器具有一個置放有電解液之電解槽，而該導引單元將該複合板材引入該容器之電解槽後再引出，並包括至少一個讓該複合板材之局部區域浸入該電解液內的導引輪組，所述氣泡產生單元包括一個電力源，以及兩個與該電力源電連接的電極，該等電極的其中之一插入該電解液內，該等電極的另一個與該複合板材抵靠並電連接。藉此可源源不斷的分離該複合板材，並提高分離速率。

Description

複合板材的分離裝置

本發明是關於一種分離裝置，特別是指一種適合用來分離具有金屬層之複合板材的分離裝置。

一般半導體產業經常以化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)技術，在一片小面積的金屬層表面成長例如：石墨烯等等的碳質薄膜，以獲得具有碳質薄膜及金屬層的複合材料。為了取用該碳質薄膜，通常會在複合板材之碳質薄膜一側塗布一層高分子的保護層，以形成三明治結構，接著，將該三明治結構放到金屬蝕刻液中移除該金屬層，然後以清水清洗殘留的蝕刻液，最後將該碳質薄膜轉移到一個目標基板上，再移除該高分子的保護層，即可完成碳質薄膜的製造及轉印加工。前述製造方法雖然可以取得小面積的碳質薄膜，但是在移除該金屬層的過程需要使用大量的蝕刻液，故產生可觀的重金屬廢液。

而Libo Gao等人於2012年在”Nature communication”期刊發表的”Repeated growth and bubbling transfer of graphene with millimetre-size single-crystal grains using platinum”揭示一種將鉑層及石墨烯層分離的電解裝置。該方法同樣先在鉑層上成長一層的石墨烯層，並於該石墨烯層的表面塗布一層保護層，之後將該三明治結構放入電解液中電解，在電解時該鉑層會形成觸媒的角色，並在電解液內產生大量的氫氣氣泡，利用該氣泡的推擠將石墨烯層及鉑層推開，之後藉由去離子水之清洗以及轉印，即可取得並運用該石墨烯層。

前述期刊所揭示之電解裝置雖然可以利用氣泡來分離金屬的鉑層及石墨烯層，但是在分離時，電解液的濃度、電解液的種類以及分解電壓，都會影響氣泡分離的效果，例如當石墨烯層的面積增加時，必需施加的電流電壓越高，但是要供應較大的電流及電壓，需要的設備成本及耗能都較高。此外，在相同電壓及相同電解液濃度的情況下，複合板材浸在電解液的時間越長，不斷產生的氣泡也會造成該石墨烯層表面的破壞，雖然增加電解液的濃度可以縮短浸泡的時間，但是殘存在石墨烯層表面的電解液卻難以洗淨。顯然前述期刊所揭露的電解裝置雖然可以利用氣泡來分離複合板材，但是該裝置只適合運用在小面積複合板材之分離上，在運用的領域及分離速率上都有待改進。

本發明之目的是在提供一種適合運用在大面積複合板材之分離上，並可提高分離效率之複合板材的分離裝置。

本發明之分離裝置可用來分離一個複合板材，該複合板材包括一個金屬觸媒層，以及至少一個結合在該金屬觸媒層之表面的薄膜層，而該分離裝置包含：一個容器、一個導引單元，以及一個氣泡產生單元，該容器包括一個置放有電解液之電解槽，而該導引單元將該複合板材引入該容器之電解槽後再引出，並包括至少一個讓該複合板材之局部區域浸入該電解液內的導引輪組，所述氣泡產生單元包括一個電力源、一個與該電力源電連接並與電解液接觸的第一電極，以及一個與該電力源電連接並與該複合板材抵靠並電連接的第二電極。

本發明之功效在於：利用該導引單元讓該複合板材源源不斷地通過該電解液，不僅可以處理大面積之複合板材的分離作業，由於浸在該電解液內之金屬觸媒層的面積可以保持固定，故本發明亦可產生穩定的氣泡量，並提高分離的效率。

1‧‧‧複合板材

1’‧‧‧複合板材

10‧‧‧第一捲收方向

11‧‧‧金屬觸媒層

12‧‧‧薄膜層

12’‧‧‧薄膜層

13‧‧‧第二捲收方向

14‧‧‧保護層

14’‧‧‧保護層

2‧‧‧容器

21‧‧‧電解槽

22‧‧‧槽壁

3‧‧‧導引單元

31‧‧‧捲收輪

33‧‧‧導引輪組

331‧‧‧第一導引輪

332‧‧‧第二導引輪

333‧‧‧第三導引輪

334‧‧‧輔助導引輪

4‧‧‧氣泡產生單元

41‧‧‧電力源

42‧‧‧第一電極

43‧‧‧第二電極

431‧‧‧導電部

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明分離裝置之一第一較佳實施例的元件相對關係示意圖，同時說明該分離裝置與一複合板材的關係；圖2是一個類似圖1的元件關係示意圖，說明本發明分離裝置之一第二較佳實施例；圖3是一個類似圖1的元件關係示意圖，說明本發明分離裝置之一第三較佳實施例； 圖4是一個類似圖1的元件關係示意圖，說明本發明分離裝置之一第四較佳實施例；圖5是一個類似圖1的元件關係示意圖，說明本發明分離裝置之一第五較佳實施例；圖6是一個類似圖1的元件關係示意圖，說明本發明分離裝置之一第六較佳實施例；圖7是一個類似圖1的元件關係示意圖，說明本發明分離裝置之一第七較佳實施例；圖8是一個類似圖1的元件關係示意圖，說明本發明分離裝置之一第八較佳實施例；圖9是一個類似圖1的元件關係示意圖，說明本發明分離裝置之一第九較佳實施例；及圖10是本發明分離裝置之一第十較佳實施例的局部示意圖，主要說明該分離裝置之一第二電極與一複合板材的相對關係。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明分離裝置之一第一較佳實施例適合用來分離連續且大面積的複合板材1，該複合板材1包括一個金屬觸媒層11，以及一個成長附著在該金屬觸媒層11之一表面上的薄膜層12，必要時亦可在該薄膜層12的表面形成一層圖中未示出的保護層。本實施例所述之金屬觸媒層11可為：銅、鎳、鈷、銥、釕、鉬、鐵、鉑或上 述金屬合金，而該薄膜層12可為碳質薄膜、氮化硼、硫化鉬、硫化鎢、二氧化矽、氧化鋁、氮化矽或氧化鉿，非金屬類即可不以前述舉例為限，所述碳質薄膜之具體例如：石墨、石墨烯、奈米碳管、富勒烯、類鑽碳(Diamond-Like Carbon，簡稱DLC)，在以下的說明中以石墨烯為例。而該保護層為高分子材料，具體例如：聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚二甲基矽氧烷、矽膠、乙烯-醋酸乙烯酯樹脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯或為兩種以上的複合材料，亦可為兩層或兩層以上之複合積層體，但該保護層的材料不以前述舉例為限。

本實施例該分離裝置包含：一個容器2、一個導引單元3，以及一個氣泡產生單元4。本實施例之容器2包括一個界定出一個電解槽21的槽壁22，該電解槽21內擺放有電解液，所述電解液的成分並無特別的限制，即只要能夠進行電解反應並產生氣體者，皆適合用於本發明。

本實施例該導引單元3可導引該複合板材1以連續的方式通過該容器2之電解槽21。其主要包括一個將該複合板材1往一第一捲收方向10拉引的捲收輪31，以及一個架設在該容器2之槽壁22間的導引輪組33，該導引輪組33使用絕緣材料製造，並具有一個浸在該電解液內並鄰近該電解液之液面的第一導引輪331，以及一個位於該第一導引輪331下方的第二導引輪332，該第一導引輪331可以控制該複合板材1浸入該電解液的深度，同時協助該複合板材1轉彎後離開該電解液，所述導引輪組33亦可架設 在一個支撐架上，即其安裝位置並以裝設在該容器2之槽壁22為限。

本實施例該氣泡產生單元4包括一個電力源41、一個與該電力源41電連接且一端插入該電解液內的第一電極42，以及一個架設在該容器2之槽壁22間的第二電極43。在本較佳實施例中，該第二電極43為桿狀結構，然而在設計上並不以桿狀結構為限，其亦可為啞鈴狀、平面狀、錐狀、長方體等等，本實施例該第二電極43與該複合板材1之金屬觸媒層11抵靠並電連接，同時與該電力源41電連接，並且位在該電解液之液面下方。

本實施例該分離裝置在使用時，成捲之複合板材1的一端先通過該導引輪組33，然後被該捲收輪31捲收，即該複合板材1的局部區域會浸在該電解液內，且該複合板材1之金屬觸媒層11和該第二電極43電連接。當該氣泡產生單元4開始通電運作時，該電解液會產生氣泡，氣泡會由平行捲收方向的兩側，以及垂直捲收方向的一側，逐漸地將該複合板材1的金屬觸媒層11與該薄膜層12推開，而該捲收輪31可依設定時間或者持續捲收的方式讓該複合板材1持續沿著該第一捲收方向10前進，受到該第一導引輪331及該第二導引輪332的限制，分離後之金屬觸媒層11及該薄膜層12介於該第一及該第二導引輪331、332間，由於該金屬觸媒層11可以被回收，故與該薄膜層12分離後的金屬觸媒層11可以回收再利用。

參閱圖2，本發明分離裝置之一第二較佳實施 例的構造與第一較佳實施例類似，不同之處在於：該導引單元3之導引輪組33還具有一支介於該第一導引輪331及該第二導引輪332間的第三導引輪333，藉由增設該第三導引輪333，可以更有效的分離該金屬觸媒層11及該薄膜層12。

參閱圖3，本發明分離裝置之一第三較佳實施例的構造與第一較佳實施例類似，不同之處在於：該導引單元3之導引輪組33具有一支安裝位置低於電解液之液面的第一導引輪331，以及兩支分別位在該第一導引輪331相反側並位於該電解液之液面上方的輔助導引輪334，而該氣泡產生單元4之第二電極43位於該第一導引輪331的正下方，藉由改變該導引輪組33及該第二電極43的相對位置，同樣可以達到連續分離大面積之複合板材1的目的。

參閱圖4，本發明分離裝置之一第四較佳實施例的構造與第一較佳實施例類似，不同之處在於：該導引輪組33還具有數支位在該電解液之液面上方的輔助導引輪334，而該氣泡產生單元4之第二電極43位於該電解液之液面上方，由於該第二電極43與該複合板材1之金屬觸媒層11抵靠並電連接，故雖然該第二電極43未直接浸在該電解液內，但藉由該第二電極43與該複合板材1之金屬觸媒層11電連接，亦可產生導電並在電解液內產生氣泡。故本實施例藉由該等輔助導引輪334之輔助以及改變該第二電極43安裝位置，同樣可以達到連續分離大面積之複合板材1的目的。

本發明第一至第四較佳實施例中，該複合板材1之金屬觸媒層11及該薄膜層12都是沿著該第一捲收方向10前進，即該複合板材1在被氣泡分離之後一起被捲收備用，但本發明亦可在分離的過程中，直接將該金屬觸媒層11及該薄膜層12分開捲收。

參閱圖5，本發明分離裝置之一第五較佳實施例亦包含一個容器2、一個導引單元3，以及一個氣泡產生單元4，該導引單元3包括兩個間隔設置的捲收輪31，以及兩個架設在該容器2上的導引輪組33，每個導引輪組33都具有一個讓該複合板材1之局部區域浸到該電解液內的第一導引輪331、一支位在該第一導引輪331下方的第二導引輪332，以及一支位在該電解液之液面上方並且分別鄰近該等捲收輪31的其中之一的輔助導引輪334，而該氣泡產生單元4的構造與第一實施例類似，不同之處在於：該第二電極43位在該電解液的液面上方。

當該複合板材1由該電解槽21的中間浸入該電解液時，藉由該氣泡產生單元4的作用，該金屬觸媒層11及該薄膜層12會逐漸被產生的氣泡推開，其中，該金屬觸媒層11被該等捲收輪31的其中之一拉引而往該第一捲收方向10前進並捲收，並且通過該等導引輪組33的其中之一，而該薄膜層12被該等捲收輪31的另一個拉引，並往一個第二捲收方向13前進捲收，同時通過該等導引輪組33的另一個。如此一來，本實施例不僅可以連續分離大面積的複合板材1，也可以直接將該金屬觸媒層11及該薄膜層 12分別捲收在該等捲收輪31，以方便後續加工的運用。

附帶說明的是，由於一般複合板材1在製造時，可以在該薄膜層12的表面塗布或貼合一層保護膜，因此，由本發明該第五較佳實施例的分離裝置所分離之薄膜層12的表面如果披覆該保護膜時，可視後續製程選擇直接捲收，或使該組合體與目標基板貼合後直接送到一清洗槽進行清洗，同時將保護層移除，而被分離之金屬觸媒層11可以直接回收利用，故本發明該第五較佳實施例的分離裝置除了具有第一實施例所述之優點外，還可以讓大面積之複合板材1的運用上更為方便。

參閱圖6，本發明分離裝置之一第六較佳實施例的構造與該第五較佳實施例類似，不同之處在於：該第六較佳實施例之第二電極43位在該電解液的液面下方，並且取代該等導引輪組33之其中之一的第一導引輪331，前述結構的改變，可以達到與第五較佳實施例相同的功效。

參閱圖7，本發明分離裝置之一第七較佳實施例的構造與該第五較佳實施例類似，不同之處在於：該第二電極43鄰近該等捲收輪31的其中之一，並與捲收在該捲收輪31上之金屬觸媒層11抵靠並電連接，以達到通電之目的。在以上的實施例中，該分離裝置用來分離具有單片薄膜層12的複合板材1，但該分離裝置亦可用來分離具有兩片薄膜層12的複合板材1。

參閱圖8，本發明分離裝置之一第八較佳實施例適合用來分離一複合板材1’，該複合板材1’具有一片 金屬觸媒層11、兩層分別披覆在該金屬觸媒層11相反側的薄膜層12、12’，以及兩層分別披覆在該等薄膜層12表面的保護層14、14’。而該分離裝置同樣包含一容器2、一導引單元3及一氣泡產生單元4。該容器2及該氣泡產生單元4的構造與第五實施例類似，即包括兩個捲收輪31，以及兩個架設在該容器2上的導引輪組33，該等導引輪組33的其中之一用來引導相貼合之薄膜層12、保護層14及金屬觸媒層11，而該等導引輪組33的另一個用來導引相貼合的薄膜層12’及保護層14’，故本實施例該分離裝置可以分離具有雙薄膜層12、12’的複合板材1。

參閱圖9之本發明分離裝置的第九較佳實施例的構造與第八較佳實施例類似，不同之處在於：該氣泡產生單元4之第二電極43為板狀結構。接著，.請參閱圖10之本發明分離裝置的第十較佳實施例，該較佳實施例的構造亦與第八較佳實施例類似，不同之處在於：該第二電極43為啞鈴的形式，即該第二電極43具有兩個間隔設置的導電部431。具體來說，本發明該第二電極43的形式除了可如第一~八實施例所揭露的桿狀結構外，亦可如第九實施例所揭露的長方體，或者為第十實施例所揭露的啞鈴狀。且當該等薄膜層12、12’為導電效果佳的石墨烯時，本發明之第二電極43並不以直接和該金屬觸媒層11抵靠為必要。即如本實施例所示，該第二電極43之導電部431可以壓靠在該薄膜層12上，並且透過該薄膜層12和該金屬觸媒層11電連接。

由以上說明可知，本發明該分離裝置可以引導大面積的複合板材1，以連續的方式通過該容器2之電解槽21，故本發明該分離裝置適合運用在大面積之複合板材1的處理上，並可提高生產效率及加工速度。另一方面，在處理相同面積之複合板材1的情況下，本發明所需電解液的量較習知者少，而在產生氣泡的效率上，本發明由於以連續輸送的方式讓該複合板材1源源不斷的進入該電解槽21內，因此，在單位時間內，該複合板材1之金屬觸媒層12浸在該電解液內的面積相同，故可產生穩定的氣泡量以進行該金屬觸媒層11及該薄膜層12的分離作業。且由於本發明該分離裝置除了適合用來分離具有單片薄膜層12的複合板材1之外，亦可利用產生的氣泡來分離具有雙薄膜層12、12’的複合板材1，因此，本發明該分離裝置亦具有提高分離速率的效率。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧複合板材

10‧‧‧出料方向

11‧‧‧金屬觸媒層

12‧‧‧薄膜層

2‧‧‧容器

21‧‧‧電解槽

22‧‧‧槽壁

3‧‧‧導引單元

31‧‧‧捲收輪

33‧‧‧導引輪組

331‧‧‧第一導引輪

332‧‧‧第二導引輪

4‧‧‧氣泡產生單元

41‧‧‧電力源

42‧‧‧第一電極

43‧‧‧第二電極

Claims (10)

1. 一種複合板材的分離裝置，可用來分離一個複合板材，該複合板材包括一個金屬觸媒層，以及至少一個結合在該金屬觸媒層之表面的薄膜層，而該分離裝置並包含：一個容器，包括一個置放有電解液之電解槽；一個導引單元，將該複合板材引入該容器之電解槽後再引出，並包括至少一個讓該複合板材之局部區域浸入該電解液內的導引輪組；及一個氣泡產生單元，包括一個電力源、一個與該電力源電連接並與電解液接觸的第一電極，以及一個與該電力源電連接並與該複合板材抵靠並電連接的第二電極。
2. 如請求項1所述之複合板材的分離裝置，其中，該導引單元之導引輪組將該複合板材往一第一捲收方向移送，並具有一個位在該電解液之液面下方的第一導引輪，而該氣泡產生單元之第二電極亦位在該電解液之液面下方。
3. 如請求項2所述的複合板材的分離裝置，其中，該導引輪組還具有一個與該第一導引輪上下間隔的第二導引輪，該複合板材被該導引單元引導持續地通過該第一導引輪及該第二導引輪之間。
4. 如請求項2所述的複合板材的分離裝置，其中，該第二電極與該第一導引輪上下間隔設置，而該複合板材被 該導引單元引導持續地通過該第一導引輪及該第二電極之間。
5. 如請求項3或請求項4所述之複合板材的分離裝置，其中，該容器還包括一個界定出該電解槽的槽壁，而該導引單元還包括一個將該分離後之複合板材往該第一捲收方向捲收的捲收輪，所述導引輪組架設在該容器之槽壁上。
6. 如請求項1所述之複合板材的分離裝置，其中，該導引單元包括兩個分別用來引導分離後之金屬觸媒層及薄膜層的導引輪組，每個導引輪組都具有一個讓該金屬觸媒層及該薄膜層位在該電解液之液面下方的第一導引輪。
7. 如請求項6所述之複合板材的分離裝置，其中，該導引單元還包括兩個分別用來捲收分離後之金屬觸媒層及薄膜層的捲收輪，而該等導引輪組還具有一個分別導引該金屬觸媒層及該薄膜層往相反側輸送的輔助導引輪。
8. 如請求項1所述之複合板材的分離裝置，其中，該導引單元包括兩個分別用來引導分離後之金屬觸媒層及薄膜層的導引輪組，該等導引輪組的其中之一具有一個讓該金屬觸媒層及該薄膜層的其中之一位在該電解液之液面下方的第一導引輪，而該第二電極位於該電解液之液面下方，並且將該金屬觸媒層及該薄膜層的其中一個壓浸到該電解液內。
9. 如請求項8所述之複合板材的分離裝置，其中，該導引單元還包括兩個分別用來捲收分離後之金屬觸媒層及該薄膜層的捲收輪。
10. 如請求項1所述之複合板材的分離裝置，該複合板材包括兩個結合在該金屬觸媒層相反側的薄膜層，其中，該導引單元包括兩個分別引導分離後之該等薄膜層的導引輪組。