本發明涉及一種石墨烯的生長設備，尤其是一種立式石墨烯卷對卷連續生長設備。

背景技術：

眾所周知的：石墨烯由于其超強的熱穩定性、化學穩定性、機械穩定性以及高透光性和電子遷移率等優點，因而被認為是制備導電膜材料最佳的材料之一。

化學氣象沉積法CVD:

CVD法是可控制備大面積石墨烯的一種最常用的方法。它的主要原理是利用平面金屬作為基底和催化劑，在高溫環境中通入一定量的碳源前驅體和氫氣，相互作用后在金屬表面沉積而得到石墨烯。

CVD管式爐：設備簡單，操作容易，但是反應溫度高，時間較長，耗費能量較大，受石英管式爐的直徑和恒溫區長度影響無法制備大面積的石墨烯；此外，由于基底材料沒有壓力/張力控制，薄膜生長容易形成褶皺，降低平整度。

現有技術常規的CVD管式爐生長石墨烯受石英管式爐的直徑和爐體恒溫區長度的影響，石墨烯生長基底尺寸有限，另外由于石墨烯生長工藝溫度高，因此工藝流程為：金屬箔片預處理、裝樣、抽真空、加熱、通保護氣體、通工藝氣體、升溫至1000攝氏度左右，保溫生長、通保護氣體，冷卻至室溫、取樣。

現有的生產工藝存在如下缺點：1)效率低；2)耗能高；3)外觀品質差；4)質量控制難度高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠提高生產效率，降低能耗，保證產品品質的立式石墨烯卷對卷連續生長設備。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：本發明提供了一種立式石墨烯卷對卷連續生長設備，包括真空上料室、高溫工藝腔室、真空取料室、驅動裝置；所述真空上料室內設置有石墨烯生長基底放料輥，所述真空取料室內設置有石墨烯基底收料輥以及收料導向輥；所述真空上料室和真空取料室均設置有真空泵；所述石墨烯生長基底放料輥以及石墨烯基底收料輥均通過驅動裝置，驅動轉動；所述高溫工藝腔室上設置有快速加熱裝置；

所述高溫工藝腔室設置在真空上料室與真空取料室之間；所述真空上料室位于高溫工藝腔室的下端，所述真空取料室設置在高溫工藝腔室的上端；所述高溫工藝腔室的兩端均設置有快速冷卻裝置；

所述真空上料室內設置有用于檢測石墨烯薄膜張力的張力檢測裝置，所述真空取料室內設置有用于檢測石墨烯薄膜線速度的速度檢測裝置。

進一步的，所述驅動裝置包括第一驅動裝置以及第二驅動裝置；所述第一驅動裝置與石墨烯生長基底放料輥傳動連接；所述第二驅動裝置與石墨烯基底收料輥傳動連接。

進一步的，所述石墨烯生長基底放料輥具有的轉軸穿過真空上料室，且通過離合器與第一驅動裝置傳動連接；所述石墨烯基底收料輥具有的轉軸穿過真空取料室，且通過離合器與第二驅動裝置傳動連接。

進一步的，所述石墨烯生長基底放料輥的轉軸與真空上料室之間設置有真空動密封裝置；所述石墨烯基底收料輥的轉軸與真空取料室之間設置有真空動密封裝置。

優選的，所述第一驅動裝置以及第二驅動裝置均采用伺服電機加減速器；優選的，離合器選用磁粉離合器。

進一步的，所述真空上料室內設置有放料導向棍；石墨烯生長基底放料輥上的石墨烯薄膜依次繞過張力檢測裝置、放料導向棍進入高溫工藝腔室。

進一步的，所述的立式石墨烯卷對卷連續生長設備，還包括處理器，所述處理器分別與張力檢測裝置以及第一驅動裝置電連接，且所述處理器、張力檢測裝置以及第一驅動裝置形成反饋閉環。

進一步的，所述處理器分別與速度檢測裝置以及第二驅動裝置電連接，且所述處理器、速度檢測裝置以及第一驅動裝置形成反饋閉環。

進一步的，所述真空取料室內的收料導向輥上設置有自然垂下與石墨烯生長基底放料輥上基底卷材連接的引導段。

進一步的，所述快速冷卻裝置與高溫工藝腔室可拆卸連接。

本發明的有益效果是：本發明所述的立式石墨烯卷對卷連續生長設備，具有以下優點：

1、效率高：不存在頻繁的開爐取樣/放樣，抽真空等動作，連續卷對卷生長；

2、耗能低：不存在頻繁的加熱/冷卻過程，耗能低；

3、由于在真空上料室內設置有用于檢測石墨烯薄膜張力的張力檢測裝置，因此能夠對石墨烯薄膜的張力進行控制，從而使得產品外觀品質高，避免出現褶皺；

4、由于同一卷生長基材經歷的生長工藝環境相同，因此石墨烯質量批次穩定可靠。

附圖說明

圖1是本發明實施例中立式石墨烯卷對卷連續生長設備的結構示意圖；

圖2是本發明實施例中立式石墨烯卷對卷連續生長設備的側視圖；

圖中標示：1-真空上料室，2-石墨烯生長基底放料輥，3-張力檢測裝置，4-放料導向棍，5-快速冷卻裝置，6-快速加熱裝置，7-高溫工藝腔室，8-真空取料室，9-石墨烯基底收料輥，10-收料導向輥，11-速度檢測裝置，12-第一驅動裝置，13-離合器，14-真空動密封裝置，15-第二驅動裝置，16-石墨烯薄膜，17-安裝板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

如圖1和圖2所示，本發明所述的立式石墨烯卷對卷連續生長設備，包括真空上料室1、高溫工藝腔室7、真空取料室8、驅動裝置；所述真空上料室1內設置有石墨烯生長基底放料輥2，所述真空取料室8內設置有石墨烯基底收料輥9以及收料導向輥10；所述真空上料室1和真空取料室8均設置有真空泵；所述石墨烯生長基底放料輥2以及石墨烯基底收料輥9均通過驅動裝置，驅動轉動；所述高溫工藝腔室7上設置有快速加熱裝置6；

所述高溫工藝腔室7設置在真空上料室1與真空取料室8之間；所述真空上料室1位于高溫工藝腔室7的下端，所述真空取料室8設置在高溫工藝腔室7的上端；所述高溫工藝腔室7的兩端均設置有快速冷卻裝置5；

所述真空上料室1內設置有用于檢測石墨烯薄膜16張力的張力檢測裝置3，所述真空取料室8內設置有用于檢測石墨烯薄膜16線速度的速度檢測裝置11。

所述快速加熱裝置6的主要作用是實現對高溫工藝腔室7的加熱，使得高溫工藝腔室7內的溫度能夠達到工藝要求的溫度。所述快速加熱裝置6可以采用電阻加熱器，為了便于高溫工藝腔室7的維護，一種優選方式為具體的，所述快速加熱裝置6采用可開合的加熱爐，至少雙溫區控制。

所述快速冷卻裝置5的主要作用是實現對石墨烯薄膜16的快速冷卻，具體的，所述快速冷卻裝置5可以采用冷水套，所述冷卻裝置5包括外水套和內水套法蘭，外水套套裝在高溫工藝腔室7上，內水套法蘭設置在高溫工藝腔室7與真空上料室1以及真空取料室8的連接處。

所述高溫工藝腔室7設置在真空上料室1與真空取料室8之間；所述真空上料室1位于高溫工藝腔室7的下端，所述真空取料室8設置在高溫工藝腔室7的上端；所述高溫工藝腔室7的兩端均設置有快速冷卻裝置5。具體的，真空上料室1、真空取料室8與高溫工藝腔室7連接處的快速冷卻裝置5，采用帶水冷裝置的法蘭連接。具體的，所述高溫工藝腔室7一般采用石英管。

在使用的過程中：

首先對金屬箔片預處理、然后在真空上料室1和真空取料室8內進行裝樣，裝樣完成后通過真空上料室1和真空取料室8上的真空泵抽真空；然后通過高溫工藝腔室7上的快速加熱裝置進行加熱，同時通保護氣體和通入工藝氣體，直到高溫工藝腔室7內溫度升溫至1000攝氏度左右；啟動石墨烯基底收料輥9卷取石墨烯薄膜16；由于在高溫工藝腔室7兩端均設置有快速冷卻裝置5，因此能夠保證石墨烯薄膜16從而高溫工藝腔室7到真空取料室8溫度降低到常溫，組合進行取樣。

綜上所述，本發明所述的立式石墨烯卷對卷連續生長設備，由于在生產的過程中無需進行頻繁的開爐取樣/放樣，抽真空等動作，從而能夠實現卷對卷的連續生長，因此生產效率高；同時不存在頻繁的加熱/冷卻過程，因此耗能低。其次，由于在真空上料室1內設置有用于檢測石墨烯薄膜張力的張力檢測裝置3，同時由于所述真空取料室8內設置有用于檢測石墨烯薄膜16線速度的速度檢測裝置11，因此通過速度檢測裝置11能夠準確的檢測到石墨烯薄膜16的線速度，從而實現對石墨烯薄膜16收取速度的精確控制，通過控制收取速度能夠控制張力大小，因此能夠對石墨烯薄膜的張力進行控制，從而使得產品外觀品質高，避免出現褶皺；并且由于同一卷生長基材經歷的生長工藝環境相同，因此石墨烯質量批次穩定可靠。

進一步的，為了便于向高溫工藝腔室7內通入工藝氣體，在高溫工藝腔室7中設置不少于兩個工藝氣體連接口，外部工藝氣體的通入管路上有流量計監控。

為了便于檢測石墨烯薄膜的生長環境，進一步的，在高溫工藝腔室7中有壓力檢測、溫度檢測裝置。

所述驅動裝置的主要作用是驅動石墨烯生長基底放料輥2和石墨烯基底收料輥9轉動；為了便于對石墨烯生長基底放料輥2和石墨烯基底收料輥9轉速的單獨控制，進一步的，所述驅動裝置包括第一驅動裝置12以及第二驅動裝置15；所述第一驅動裝置12與石墨烯生長基底放料輥2傳動連接；所述第二驅動裝置15與石墨烯基底收料輥9傳動連接。

為了便于快速裝卸基底或卷材，無需驅動或者停止驅動裝置，進一步的，所述石墨烯生長基底放料輥2具有的轉軸穿過真空上料室1，且通過離合器13與第一驅動裝置12傳動連接；所述石墨烯基底收料輥9具有的轉軸穿過真空取料室8，且通過離合器13與第二驅動裝置15傳動連接。

為了避免石墨烯生長基底放料輥2的轉軸與真空上料室1之間以及石墨烯基底收料輥9的轉軸與真空取料室8之間出現漏風，進一步的，所述石墨烯生長基底放料輥2的轉軸與真空上料室1之間設置有真空動密封裝置14；所述石墨烯基底收料輥9的轉軸與真空取料室8之間設置有真空動密封裝置14。

為了便于對石墨烯生長基底放料輥2和石墨烯基底收料輥9的轉速控制，優選的，第一驅動裝置12以及第二驅動裝置15均采用伺服電機加減速器；優選的，離合器13選用磁粉離合器。

為了便于石墨烯薄膜16的導向，進一步的，所述真空上料室1內設置有放料導向棍4；石墨烯生長基底放料輥2上的石墨烯薄膜16依次繞過張力檢測裝置3、放料導向棍4進入高溫工藝腔室7。

為了實現石墨烯薄膜16張力的自動化檢測，同時通過石墨烯生長基底放料輥2的轉速實現對張力的自動化控制，進一步的，所述的立式石墨烯卷對卷連續生長設備，還包括處理器，所述處理器分別與張力檢測裝置8以及第一驅動裝置電連接，且所述處理器、張力檢測裝置8以及第一驅動裝置12形成反饋閉環。張力檢測裝置8檢測得到的數據反饋到處理器，所述處理器可以采用CPU或者單片機，然后通過處理器控制第一驅動裝置12的轉速，從而實現張力的自動化調節。

為了實現石墨烯基底收料輥9轉速的自動化調節，進一步的，所述處理器分別與速度檢測裝置11以及第二驅動裝置15電連接，且所述處理器、速度檢測裝置11以及第一驅動裝置15形成反饋閉環。

為了便于高溫工藝腔室7維護和更換，進一步的，所述快速冷卻裝置5與高溫工藝腔室7可拆卸連接。

為了便于裝料和卸料，具體的，所述真空取料室8內的收料導向輥10上設置有自然垂下與石墨烯生長基底放料輥2上基底卷材連接的引導段。