基于pecvd的石墨烯薄膜鍍膜設備及方法
【專利摘要】本發明公開一種基于PECVD的石墨烯鍍膜設備及方法，其設備包括直線式排列的多個真空室和柔性基材輸送機構，柔性基材輸送機構貫穿于多個真空室中；多個真空室包括依次連接的放卷室、多個鍍膜室和收卷室，各鍍膜室內分別設有射頻對靶裝置，多個鍍膜室內的射頻對靶裝置組成一個等離子體增強化學氣相沉積系統，任意相鄰兩個鍍膜室之間設有隔氣室，放卷室、收卷室、各鍍膜室和各隔氣室分別外接高真空排氣系統。其方法是先對各真空室進行抽真空，直至真空度達到預定值；然后放卷室放出柔性基材并送入各鍍膜室，采用PECVD法在柔性基材表面沉積石墨烯薄膜；最后送入收卷室進行收卷。本發明鍍膜均勻，制得的柔性基材表面膜層純度較高。
【專利說明】
基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設備及方法
技術領域
[0001]本發明涉及柔性基材鍍膜技術領域，特別涉及一種基于PECVD的石墨烯鍍膜設備及方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是由單層碳原子構成的平面六角形蜂窩狀二維晶體，是構成其它碳材料的基本單元。特殊的二維結構使石墨烯具備優良的機械強度，硬度和抗拉強度極高;并且具有很高的迀移率，理論上可達到200000cm2V-lS-l;也具有良好的導電性、導熱性和高透光性。以上石墨烯的優良性能使其在微電子器件、“綠色”儲能器件、航空器件等領域有廣泛的應用前景。
[0003]但經研究發現，二維結構的石墨烯容易發生團聚，降低了其比表面積，因此限制了其實際應用。為此，中國科學院化學研究所的劉云圻等人提出利用化學氣相沉積的方法在金屬泡沫襯底上實現石墨烯的三維結構，將金屬泡沫襯底刻蝕后得到的石墨烯泡沫具有優秀的導電能力和巨大的比表面積。
[0004]目前，化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜的技術已經比較成熟，可實現低成本、大面積的生產。然而，在具體的生產過程中，當進行大面積鍍膜時，其鍍膜均勻性仍是較為突出的問題，而鍍膜均勻性直接影響著產品質量，因此解決該問題具有重大的意義。另外，當在泡沫鎳基材上應用該方法進行鍍制石墨烯時，由于泡沫鎳基材表面較為光滑，在生產線上傳送時容易產生偏離或移位，不利于鍍膜工藝的正常進行。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，針對泡沫鎳柔性基材，提供一種鍍膜均勻、膜層純度較高的基于PECVD(等離子增強化學氣相沉積法)的石墨烯鍍膜設備。
[0006]本發明的另一目的在于提供一種通過上述設備實現的基于PECVD的石墨烯鍍膜方法。
[0007]本發明的技術方案為:一種基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，包括直線式排列的多個真空室和柔性基材輸送機構，柔性基材輸送機構貫穿于多個真空室中；多個真空室包括依次連接的放卷室、多個鍍膜室和收卷室，各鍍膜室內分別設有射頻對靶裝置，多個鍍膜室內的射頻對靶裝置組成一個等離子體增強化學氣相沉積系統，任意相鄰兩個鍍膜室之間設有隔氣室，放卷室、收卷室各鍍膜室和各隔氣室分別外接高真空排氣系統。其中，在相鄰兩個鍍膜室之間設置隔氣室，可有效隔絕不同工藝流程中的不同工作氣氛，尤其是當相鄰兩個鍍膜室鍍制的膜層材料不同時，可有效防止不同工作氣氛的相互污染，提高膜層純度。
[0008]所述射頻對靶裝置包括對稱安裝于柔性基材上下兩側的上靶和下靶。上靶位于柔性基材上方，下靶位于柔性基材下方，根據工藝需要，上靶和下靶可同時工作對柔性基材的上表面和下表面進行鍍膜，也可選擇其一工作，僅對柔性基材的上表面或下表面進行鍍膜。
[0009]所述上靶和下靶結構相同，分別包括放電板、靶材、外罩體、絕緣板、絕緣套、防護罩和冷卻水管，防護罩設于鍍膜室外壁上，絕緣套一端設于鍍膜室內壁上，絕緣套另一端與外罩體連接，靶材和放電板呈上下層疊方式依次設于外罩體內部，放電板位于靠近柔性基材的一側，靶材與外罩體的內壁之間設有絕緣板，靶材與放電板之間設有冷卻空間，冷卻水管一端與冷卻空間連通，冷卻水管另一端由絕緣套中部伸出并進入防護罩中。其中，外罩體罩于靶材及放電板外，對靶材濺射方向起保障作用，使其穩定地濺射至柔性基材表面，絕緣板及絕緣套分別起絕緣作用，防護罩的主要作用是配合冷卻水管使用，為其安裝提供密封空間，同時也用于外接高真空排氣系統，方便抽氣，并防止外界空氣進入鍍膜室中。
[0010]所述冷卻水管包括進水管和出水管，進水管和出水管分別外接循環裝置，冷卻空間、進水管、出水管和循環裝置組成冷卻水循環系統，用于冷卻靶材。
[0011]所述放電板上分布有多個氣孔，且氣孔密集分布，靶材蒸發后，經氣孔出來的等離子氣體范圍較大，可均勻地沉積到柔性基材表面，提高膜層質量。
[0012]所述柔性基材輸送機構包括放卷輥、多個導輥和收卷輥，放卷輥設于放卷室內，收卷輥設于收卷室內，放卷輥與收卷輥之間設有多個導輥。
[0013]所述柔性基材輸送機構上還設有糾偏機構，糾偏機構包括上夾輥、下夾輥、輥組驅動組件和上夾輥移動組件，上夾輥與下夾輥組成輸送柔性基材的輥組，輥組驅動組件與上夾輥的輥軸一端連接，上夾輥的輥軸兩端分別與上夾輥移動組件連接，通過上夾棍移動組件調節上夾輥與下夾棍之間的間隙寬度。根據工藝的實際需要，糾偏機構可設于放卷輥的輸出端或收卷輥的輸入端，也可同時在放卷輥的輸出端和收卷輥的輸入端設置糾偏機構。其中，柔性基材從上夾輥和下夾輥之間的間隙通過進行輸送。糾偏機構中，通過上夾輥和下夾輥夾緊柔性基材并進行輸送，可防止柔性基材在鍍膜過程中(尤其是對泡沫鎳基體進行鍍膜的過程中)產生跑偏現象，保證柔性基材的平穩傳送。
[0014]所述高真空排氣系統包括相互獨立的粗抽機組和精抽機組，各鍍膜室和各隔氣室分別外接精抽機組，放卷室和收卷室分別外接粗抽機組。其中，粗抽機組及精抽機組的結構均與傳統鍍膜工藝線所采用的抽氣機組結構相同即可。
[0015]通過上述設備可實現一種基于PECVD的石墨烯鍍膜方法，包括以下步驟:
[0016](I)在放卷室中放入柔性基材，并分別對各真空室進行抽真空，直至各真空室內的真空度達到預定值；
[0017](2)放卷室放出柔性基材，通過柔性基材輸送裝置送入各鍍膜室，采用PECVD法在柔性基材表面沉積石墨烯薄膜；
[0018](3)鍍膜完成后，通過柔性基材輸送裝置將柔性基材送入收卷室進行收卷。
[0019]上述過程中，所述柔性基材為泡沫鎳基體；
[0020]步驟(2)中，按照柔性基材的輸送方向，各鍍膜室內的射頻對靶裝置依次在柔性基材表面鍍制膜層，膜層材料相同或不同。
[0021 ]本發明相對于現有技術，具有以下有益效果:
[0022]本基于PECVD的石墨烯鍍膜設備中，真空室包含有多個鍍膜室，可根據鍍膜工藝的需求任意控制膜層材料種類與膜厚，使用靈活而方便;同時，在任意相鄰的兩個鍍膜室之間設置隔氣室，外接高真空排氣系統使用，可有效隔絕不同工藝流程中的不同工作氣氛，尤其是當相鄰兩個鍍膜室鍍制的膜層材料不同時，可有效防止不同工作氣氛的相互污染，提高膜層純度，從而提高成品質量。
[0023]本基于PECVD的石墨烯鍍膜設備中，在柔性基材輸送機構中增設糾偏機構，且糾偏機構的安裝位置及安裝數量可根據工藝需要靈活安裝，可實時控制柔性基材的傳送方向，防止跑偏現象，保證柔性基材的平穩傳送。
[0024]本基于PECVD的石墨烯鍍膜設備中，每個鍍膜室內都設有射頻對靶裝置，靶面氣孔分布密集，利用射頻對靶裝置進行等離子體化學氣相沉積，在實現提高成膜質量的同時，還可實現快速雙面鍍膜。
【附圖說明】
[0025]圖1為本基于PECVD的石墨烯鍍膜設備的原理示意圖。
[0026]圖2為單個鍍膜室中射頻對靶裝置的結構示意圖。
[0027]圖3為放電板的結構示意圖。
[0028]圖4為糾偏機構的結構示意圖。
[0029]上述各圖中，I為放卷室，2為鍍膜室，3為隔氣室，4為射頻對靶裝置，5為放卷輥，6為導輥，7為糾偏裝置，8為收卷輥，9為收卷室，10為上靶，11為下靶，12為柔性基材，13為冷卻水管，14為防護罩，15為絕緣套，16為絕緣板，17為放電板，17-1為氣孔，18為外罩體，19為上夾輥，20為下夾輥，22為上夾輥移動組件，23為輥組驅動組件。
【具體實施方式】
[0030]下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0031]實施例1
[0032]本實施例一種基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，如圖1所示，包括直線式排列的多個真空室和柔性基材輸送機構，柔性基材輸送機構貫穿于多個真空室中；多個真空室包括依次連接的放卷室、多個鍍膜室和收卷室，各鍍膜室內分別設有射頻對靶裝置，多個鍍膜室內的射頻對靶裝置組成一個等離子體增強化學氣相沉積系統，任意相鄰兩個鍍膜室之間設有隔氣室，放卷室、收卷室各鍍膜室和各隔氣室分別外接高真空排氣系統。其中，在相鄰兩個鍍膜室之間設置隔氣室，可有效隔絕不同工藝流程中的不同工作氣氛，尤其是當相鄰兩個鍍膜室鍍制的膜層材料不同時，可有效防止不同工作氣氛的相互污染，提高膜層純度。
[0033]如圖2所示，射頻對靶裝置包括對稱安裝于柔性基材上下兩側的上靶和下靶。上靶位于柔性基材上方，下靶位于柔性基材下方，根據工藝需要，上靶和下靶可同時工作對柔性基材的上表面和下表面進行鍍膜，也可選擇其一工作，僅對柔性基材的上表面或下表面進行鍍膜。上靶和下靶結構相同，分別包括放電板、勒材、外罩體、絕緣板、絕緣套、防護罩和冷卻水管，防護罩設于鍍膜室外壁上，絕緣套一端設于鍍膜室內壁上，絕緣套另一端與外罩體連接，靶材和放電板呈上下層疊方式依次設于外罩體內部，放電板位于靠近柔性基材的一側，靶材與外罩體的內壁之間設有絕緣板，靶材與放電板之間設有冷卻空間，冷卻水管一端與冷卻空間連通，冷卻水管另一端由絕緣套中部伸出并進入防護罩中。其中，外罩體罩于靶材及放電板外，對靶材濺射方向起保障作用，使其穩定地濺射至柔性基材表面，絕緣板及絕緣套分別起絕緣作用，防護罩的主要作用是配合冷卻水管使用，為其安裝提供密封空間，同時也用于外接高真空排氣系統，方便抽氣，并防止外界空氣進入鍍膜室中。冷卻水管包括進水管和出水管，進水管和出水管分別外接循環裝置，冷卻空間、進水管、出水管和循環裝置組成冷卻水循環系統，用于冷卻靶材。
[0034]如圖3所示，放電板上分布有多個氣孔，且氣孔密集分布，靶材蒸發后，經氣孔出來的等離子氣體范圍較大，可均勻地沉積到柔性基材表面，提高膜層質量。
[0035]柔性基材輸送機構包括放卷輥、多個導輥和收卷輥，放卷輥設于放卷室內，收卷輥設于收卷室內，放卷輥與收卷輥之間設有多個導輥。
[0036]高真空排氣系統包括相互獨立的粗抽機組和精抽機組，各鍍膜室和各隔氣室分別外接精抽機組，放卷室和收卷室分別外接粗抽機組。其中，粗抽機組及精抽機組的結構均與傳統鍍膜工藝線所采用的抽氣機組結構相同即可。
[0037]通過上述設備可實現一種基于PECVD的石墨烯鍍膜方法，包括以下步驟:
[0038](I)在放卷室中放入柔性基材，并分別對各真空室進行抽真空，直至各真空室內的真空度達到預定值；
[0039](2)放卷室放出柔性基材，通過柔性基材輸送裝置送入各鍍膜室，采用PECVD法在柔性基材表面沉積石墨烯薄膜；
[0040](3)鍍膜完成后，通過柔性基材輸送裝置將柔性基材送入收卷室進行收卷。
[0041 ]上述過程中，所述柔性基材為泡沫鎳基體；
[0042]步驟(2)中，按照柔性基材的輸送方向，各鍍膜室內的射頻對靶裝置依次在柔性基材表面鍍制膜層，膜層材料相同或不同。
[0043]實施例2
[0044]本實施例一種基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，與實施例1相比較，其不同之處在于:柔性基材輸送機構上還設有糾偏機構，如圖4所示，糾偏機構包括上夾輥、下夾輥、輥組驅動組件和上夾輥移動組件，上夾輥與下夾輥組成輸送柔性基材的輥組，輥組驅動組件與上夾輥的輥軸一端連接，上夾輥的輥軸兩端分別與上夾輥移動組件連接，通過上夾棍移動組件調節上夾輥與下夾棍之間的間隙寬度。根據工藝的實際需要，糾偏機構可設于放卷輥的輸出端或收卷輥的輸入端，也可同時在放卷輥的輸出端和收卷輥的輸入端設置糾偏機構，本實施例中僅在收卷輥的輸入端設置糾偏機構。其中，柔性基材從上夾輥和下夾輥之間的間隙通過進行輸送。糾偏機構中，通過上夾輥和下夾輥夾緊柔性基材并進行輸送，可防止柔性基材在鍍膜過程中(尤其是對泡沫鎳基體進行鍍膜的過程中)產生跑偏現象，保證柔性基材的平穩傳送。其中，輥組驅動組件和上夾輥移動組件均采用市面通用的電機驅動組件或氣缸驅動組件即可。
[0045]如上所述，便可較好地實現本發明，上述實施例僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍；即凡依本
【發明內容】
所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
【主權項】
1.基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，其特征在于，包括直線式排列的多個真空室和柔性基材輸送機構，柔性基材輸送機構貫穿于多個真空室中；多個真空室包括依次連接的放卷室、多個鍍膜室和收卷室，各鍍膜室內分別設有射頻對靶裝置，多個鍍膜室內的射頻對靶裝置組成一個等離子體增強化學氣相沉積系統，任意相鄰兩個鍍膜室之間設有隔氣室，放卷室、收卷室、各鍍膜室和各隔氣室分別外接高真空排氣系統。2.根據權利要求1所述基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，其特征在于，所述射頻對靶裝置包括對稱安裝于柔性基材上下兩側的上靶和下靶。3.根據權利要求2所述基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，其特征在于，所述上靶和下靶結構相同，分別包括放電板、靶材、外罩體、絕緣板、絕緣套、防護罩和冷卻水管，防護罩設于鍍膜室外壁上，絕緣套一端設于鍍膜室內壁上，絕緣套另一端與外罩體連接，靶材和放電板呈上下層疊方式依次設于外罩體內部，放電板位于靠近柔性基材的一側，靶材與外罩體的內壁之間設有絕緣板，靶材與放電板之間設有冷卻空間，冷卻水管一端與冷卻空間連通，冷卻水管另一端由絕緣套中部伸出并進入防護罩中。4.根據權利要求3所述基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，其特征在于，所述冷卻水管包括進水管和出水管，進水管和出水管分別外接循環裝置，冷卻空間、進水管、出水管和循環裝置組成冷卻水循環系統。5.根據權利要求3所述基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，其特征在于，所述放電板上分布有多個氣孔。6.根據權利要求1所述基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，其特征在于，所述柔性基材輸送機構包括放卷棍、多個導棍和收卷棍，放卷棍設于放卷室內，收卷棍設于收卷室內，放卷棍與收卷輥之間設有多個導輥。7.根據權利要求6所述基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，其特征在于，所述柔性基材輸送機構上還設有糾偏機構，糾偏機構包括上夾輥、下夾輥、輥組驅動組件和上夾輥移動組件，上夾輥與下夾輥組成輸送柔性基材的輥組，輥組驅動組件與上夾輥的輥軸一端連接，上夾輥的輥軸兩端分別與上夾輥移動組件連接，通過上夾棍移動組件調節上夾輥與下夾棍之間的間隙寬度。8.根據權利要求1所述基于PECVD的石墨烯鍍膜設備，其特征在于，所述高真空排氣系統包括相互獨立的粗抽機組和精抽機組，各鍍膜室和各隔氣室分別外接精抽機組，放卷室和收卷室分別外接粗抽機組。9.根據權利要求1?8任一項所述設備實現的基于PECVD的石墨烯鍍膜方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在放卷室中放入柔性基材，并分別對各真空室進行抽真空，直至各真空室內的真空度達到預定值； (2)放卷室放出柔性基材，通過柔性基材輸送裝置送入各鍍膜室，采用PECVD法在柔性基材表面沉積石墨烯薄膜； (3)鍍膜完成后，通過柔性基材輸送裝置將柔性基材送入收卷室進行收卷。10.根據權利要求9所述基于PECVD的石墨烯鍍膜方法，其特征在于，所述柔性基材為泡沫銀基體； 步驟(2)中，按照柔性基材的輸送方向，各鍍膜室內的射頻對靶裝置依次在柔性基材表面鍍制膜層，膜層材料相同或不同。
【文檔編號】C23C16/509GK106011798SQ201610514142
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】朱建明, 李金清
【申請人】肇慶市科潤真空設備有限公司