本實用新型涉及柔性基材鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設(shè)備。

背景技術(shù)：

石墨烯是由單層碳原子構(gòu)成的平面六角形蜂窩狀二維晶體，是構(gòu)成其它碳材料的基本單元。特殊的二維結(jié)構(gòu)使石墨烯具備優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，硬度和抗拉強(qiáng)度極高；并且具有很高的遷移率，理論上可達(dá)到200000cm2V-1s-1；也具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和高透光性。以上石墨烯的優(yōu)良性能使其在微電子器件、“綠色”儲能器件、航空器件等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二維結(jié)構(gòu)的石墨烯容易發(fā)生團(tuán)聚，降低了其比表面積，因此限制了其實際應(yīng)用。為此，中國科學(xué)院化學(xué)研究所的劉云圻等人提出利用化學(xué)氣相沉積的方法在金屬泡沫襯底上實現(xiàn)石墨烯的三維結(jié)構(gòu)，將金屬泡沫襯底刻蝕后得到的石墨烯泡沫具有優(yōu)秀的導(dǎo)電能力和巨大的比表面積。

目前，化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯薄膜的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可實現(xiàn)低成本、大面積的生產(chǎn)。然而，在具體的生產(chǎn)過程中，當(dāng)進(jìn)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(chǎn)品質(zhì)量，因此解決該問題具有重大的意義。另外，當(dāng)在泡沫鎳基材上應(yīng)用該方法進(jìn)行鍍制石墨烯時，由于泡沫鎳基材表面較為光滑，在生產(chǎn)線上傳送時容易產(chǎn)生偏離或移位，不利于鍍膜工藝的正常進(jìn)行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積法) 的石墨烯鍍膜設(shè)備。

本實用新型的技術(shù)方案為：一種基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設(shè)備，包括直線式排列的多個真空室和柔性基材輸送機(jī)構(gòu)，柔性基材輸送機(jī)構(gòu)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(nèi)分別設(shè)有射頻對靶裝置，多個鍍膜室內(nèi)的射頻對靶裝置組成一個等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，任意相鄰兩個鍍膜室之間設(shè)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(tǒng)。其中，在相鄰兩個鍍膜室之間設(shè)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(dāng)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。

所述射頻對靶裝置包括對稱安裝于柔性基材上下兩側(cè)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(jù)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(jìn)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(jìn)行鍍膜。

所述上靶和下靶結(jié)構(gòu)相同，分別包括放電板、靶材、外罩體、絕緣板、絕緣套、防護(hù)罩和冷卻水管，防護(hù)罩設(shè)于鍍膜室外壁上，絕緣套一端設(shè)于鍍膜室內(nèi)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(shè)于外罩體內(nèi)部，放電板位于靠近柔性基材的一側(cè)，靶材與外罩體的內(nèi)壁之間設(shè)有絕緣板，靶材與放電板之間設(shè)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(jìn)入防護(hù)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(wěn)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(hù)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(tǒng)，方便抽氣，并防止外界空氣進(jìn)入鍍膜室中。

所述冷卻水管包括進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管分別外接循環(huán)裝置，冷卻空間、進(jìn)水管、出水管和循環(huán)裝置組成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，用于冷卻靶材。

所述放電板上分布有多個氣孔，且氣孔密集分布，靶材蒸發(fā)后，經(jīng)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(zhì)量。

所述柔性基材輸送機(jī)構(gòu)包括放卷輥、多個導(dǎo)輥和收卷輥，放卷輥設(shè)于放卷室內(nèi)，收卷輥設(shè)于收卷室內(nèi)，放卷輥與收卷輥之間設(shè)有多個導(dǎo)輥。

所述柔性基材輸送機(jī)構(gòu)上還設(shè)有糾偏機(jī)構(gòu)，糾偏機(jī)構(gòu)包括上夾輥、下夾輥、輥組驅(qū)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(qū)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(diào)節(jié)上夾輥與下夾棍之間的間隙寬度。根據(jù)工藝的實際需要，糾偏機(jī)構(gòu)可設(shè)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(shè)置糾偏機(jī)構(gòu)。其中，柔性基材從上夾輥和下夾輥之間的間隙通過進(jìn)行輸送。糾偏機(jī)構(gòu)中，通過上夾輥和下夾輥夾緊柔性基材并進(jìn)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(jìn)行鍍膜的過程中)產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象，保證柔性基材的平穩(wěn)傳送。

所述高真空排氣系統(tǒng)包括相互獨立的粗抽機(jī)組和精抽機(jī)組，各鍍膜室和各隔氣室分別外接精抽機(jī)組，放卷室和收卷室分別外接粗抽機(jī)組。其中，粗抽機(jī)組及精抽機(jī)組的結(jié)構(gòu)均與傳統(tǒng)鍍膜工藝線所采用的抽氣機(jī)組結(jié)構(gòu)相同即可。

通過上述設(shè)備可實現(xiàn)一種基于PECVD的石墨烯鍍膜方法，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(jìn)行抽真空，直至各真空室內(nèi)的真空度達(dá)到預(yù)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(jìn)行收卷。

上述過程中，所述柔性基材為泡沫鎳基體；

步驟(2)中，按照柔性基材的輸送方向，各鍍膜室內(nèi)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。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

本基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設(shè)備中，真空室包含有多個鍍膜室，可根據(jù)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(shè)置隔氣室，外接高真空排氣系統(tǒng)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(dāng)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(zhì)量。

本基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設(shè)備中，在柔性基材輸送機(jī)構(gòu)中增設(shè)糾偏機(jī)構(gòu)，且糾偏機(jī)構(gòu)的安裝位置及安裝數(shù)量可根據(jù)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(xiàn)象，保證柔性基材的平穩(wěn)傳送。

本基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設(shè)備中，每個鍍膜室內(nèi)都設(shè)有射頻對靶裝置，靶面氣孔分布密集，利用射頻對靶裝置進(jìn)行等離子體化學(xué)氣相沉積，在實現(xiàn)提高成膜質(zhì)量的同時，還可實現(xiàn)快速雙面鍍膜。

附圖說明

圖1為本基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設(shè)備的原理示意圖。

圖2為單個鍍膜室中射頻對靶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為放電板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為糾偏機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

上述各圖中，1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(dǎo)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(hù)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(qū)動組件。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本實用新型的實施方式不限于此。

實施例1

本實施例一種基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設(shè)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(jī)構(gòu)，柔性基材輸送機(jī)構(gòu)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(nèi)分別設(shè)有射頻對靶裝置，多個鍍膜室內(nèi)的射頻對靶裝置組成一個等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，任意相鄰兩個鍍膜室之間設(shè)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(tǒng)。其中，在相鄰兩個鍍膜室之間設(shè)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(dāng)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。

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(cè)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(jù)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(jìn)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(jìn)行鍍膜。上靶和下靶結(jié)構(gòu)相同，分別包括放電板、靶材、外罩體、絕緣板、絕緣套、防護(hù)罩和冷卻水管，防護(hù)罩設(shè)于鍍膜室外壁上，絕緣套一端設(shè)于鍍膜室內(nèi)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(shè)于外罩體內(nèi)部，放電板位于靠近柔性基材的一側(cè)，靶材與外罩體的內(nèi)壁之間設(shè)有絕緣板，靶材與放電板之間設(shè)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(jìn)入防護(hù)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(wěn)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(hù)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(tǒng)，方便抽氣，并防止外界空氣進(jìn)入鍍膜室中。冷卻水管包括進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管分別外接循環(huán)裝置，冷卻空間、進(jìn)水管、出水管和循環(huán)裝置組成冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，用于冷卻靶材。

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(fā)后，經(jīng)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(zhì)量。

柔性基材輸送機(jī)構(gòu)包括放卷輥、多個導(dǎo)輥和收卷輥，放卷輥設(shè)于放卷室內(nèi)，收卷輥設(shè)于收卷室內(nèi)，放卷輥與收卷輥之間設(shè)有多個導(dǎo)輥。

高真空排氣系統(tǒng)包括相互獨立的粗抽機(jī)組和精抽機(jī)組，各鍍膜室和各隔氣 室分別外接精抽機(jī)組，放卷室和收卷室分別外接粗抽機(jī)組。其中，粗抽機(jī)組及精抽機(jī)組的結(jié)構(gòu)均與傳統(tǒng)鍍膜工藝線所采用的抽氣機(jī)組結(jié)構(gòu)相同即可。

通過上述設(shè)備可實現(xiàn)一種基于PECVD的石墨烯鍍膜方法，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(jìn)行抽真空，直至各真空室內(nèi)的真空度達(dá)到預(yù)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(jìn)行收卷。

上述過程中，所述柔性基材為泡沫鎳基體；

步驟(2)中，按照柔性基材的輸送方向，各鍍膜室內(nèi)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。

實施例2

本實施例一種基于PECVD的石墨烯薄膜鍍膜設(shè)備，與實施例1相比較，其不同之處在于：柔性基材輸送機(jī)構(gòu)上還設(shè)有糾偏機(jī)構(gòu)，如圖4所示，糾偏機(jī)構(gòu)包括上夾輥、下夾輥、輥組驅(qū)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(qū)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(diào)節(jié)上夾輥與下夾棍之間的間隙寬度。根據(jù)工藝的實際需要，糾偏機(jī)構(gòu)可設(shè)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(shè)置糾偏機(jī)構(gòu)，本實施例中僅在收卷輥的輸入端設(shè)置糾偏機(jī)構(gòu)。其中，柔性基材從上夾輥和下夾輥之間的間隙通過進(jìn)行輸送。糾偏機(jī)構(gòu)中，通過上夾輥和下夾輥夾緊柔性基材并進(jìn)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(jìn)行鍍膜的過程中)產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象，保證柔性基材的平穩(wěn)傳送。其中，輥組驅(qū)動組件和上夾輥移動組件均采用市面通用的電機(jī)驅(qū)動組件或氣缸驅(qū)動組件即可。

如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較 佳實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；即凡依本實用新型內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本實用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。