用於製造石墨烯的方法和設備的製作方法
2023-05-31 06:08:41 3
用於製造石墨烯的方法和設備的製作方法
【專利摘要】一種用於合成石墨烯的方法和設備。所述方法包括：將催化劑金屬以水平方向或者垂直方向裝載到室中；通過加熱催化劑金屬來增大催化劑金屬的顆粒的尺寸；在催化劑金屬中提供氣相碳源的同時，升高室內部的溫度；以及通過冷卻催化劑金屬來形成石墨烯。
【專利說明】用於製造石墨烯的方法和設備
【技術領域】
[0001]本發明的一個或多個實施例涉及用於合成石墨烯的方法和設備，所述方法和設備可以用於製造石墨烯。
【背景技術】
[0002]當前，在各種領域中正在研究諸如碳納米管、金剛石、石墨和石墨烯的碳基材料。
[0003]在這些材料中，碳納米管已經自二十世紀九十年代起引人注目。然而，近來，具有板狀結構的石墨烯正在被關注。石墨烯是具有幾納米厚度的薄膜，在該薄膜中，碳原子是二維布置的，並且其中的電荷是作為有效質量為零的粒子。因此，石墨烯具有高導電性、高導熱性和高彈性。
[0004]因此，自從引入了石墨烯，已經在各種領域中對石墨烯的特性和石墨烯的應用進行了各種研究。由於高導電性和高彈性，所以石墨烯適於應用到透明柔性裝置。
【發明內容】
[0005]技術問題
[0006]本發明的一個或多個實施例包括用於合成大量的優質石墨烯的方法和設備。
[0007]問題的解決方案
[0008]另外的方面將部分地在以下的描述中闡述，部分地通過該描述將是清楚的，或者可以通過給出的實施例的實施而 明了。
[0009]根據本發明的一個或多個實施例，提供了一種合成石墨烯的方法，所述方法包括:將催化劑金屬以水平方向或者豎直方向裝載到室中；通過加熱催化劑金屬來增大催化劑金屬的顆粒的尺寸；在催化劑金屬中提供氣相碳源的同時，升高室內部的溫度；以及通過冷卻催化劑金屬來形成石墨烯。
[0010]催化劑金屬的顆粒的尺寸可以大於ΙΟΟμπι。
[0011]催化劑金屬可以包含從由鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、銠(Rh)、矽(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)和鎢(W)組成的組中選擇的一種或多種。
[0012]在催化劑金屬中提供氣相碳源的同時，升高室內部的溫度的步驟可以包括熱化學氣相沉積(C-TVD)、快速熱化學氣相沉積(RT-CVD)、電感耦合等離子體化學氣相沉積(ICP-CVD)或者等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。
[0013]在裝載催化劑金屬的步驟中，可以使用卷到卷的方法由至少一對輥單元裝載催化劑金屬。
[0014]在裝載催化劑金屬的步驟中，可以通過將催化劑金屬的表面或邊緣固定到框架來裝載催化劑金屬。
[0015]根據本發明的一個或多個實施例，使用上述的方法合成石墨烯。
[0016]石墨烯的表面電阻可以小於350hm/sq。[0017]根據本發明的一個或多個實施例，提供了一種用於製造石墨烯的石墨烯合成設備，所述石墨烯合成設備包括:框架，包括容納空間，容納空間用於容納沿著豎直方向或者水平方向延伸的催化劑金屬；以及支撐催化劑金屬的支撐單元，其中，催化劑金屬彼此分隔開。
[0018]支撐單元可以被布置為在催化劑金屬周圍彼此分開。
[0019]支撐單元可以結合到催化劑金屬的至少一個邊緣。
[0020]支撐單元可以支撐催化劑金屬的表面。
[0021]根據本發明的一個或多個實施例，提供了一種用於製造石墨烯的石墨烯合成設備，所述石墨烯合成設備包括:框架，包括容納空間，容納空間用於容納沿著豎直方向或者水平方向延伸的催化劑金屬；以及輥單元，支撐並傳送催化劑金屬，使得催化劑金屬被布置成在容納空間的內部彼此分隔開。
[0022]輥單元可以包括成對的輥，所述成對的輥彼此平行地布置並且布置在容納空間周圍。
[0023]可以布置多對棍,每對棍可以被布置成在垂直於催化劑金屬的表面的方向上彼此分隔開。
[0024]所述成對的輥可以包括:第一輥單元，提供催化劑金屬層；以及第二輥單元，支撐並沿著一方向傳送由第一輥單元提供的催化劑金屬。
[0025]發明的有益效果
[0026]根據本發明的以上實施例中的一個或多個，可以通過增大催化劑金屬的顆粒的尺寸來簡單地合成大量的優質石墨烯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]通過下面結合附圖對實施例的描述，這些和/或其他的方面將變得清楚和更容易理解，在附圖中:
[0028]圖1是根據本發明的實施例的石墨烯合成設備的催化劑金屬裝載裝置的透視圖；
[0029]圖2A和圖2B是示出了圖1的催化劑金屬裝載裝置中的支撐單元和催化劑金屬的結合的示意性透視圖；
[0030]圖3是包括圖1的催化劑金屬裝載裝置的石墨烯合成設備的示意性正視圖；
[0031]圖4是根據本發明的另一個實施例的催化劑金屬裝載裝置的示意性透視圖；
[0032]圖5是根據本發明的另一個實施例的催化劑金屬裝載裝置的示意性透視圖；
[0033]圖6是包括圖5的催化劑金屬裝載裝置的石墨烯合成設備的示意性正視圖；
[0034]圖7是根據本發明的另一個實施例的催化劑金屬裝載裝置的示意性透視圖；
[0035]圖8是包括圖7的催化劑金屬裝載裝置的石墨烯合成設備的示意性正視圖；
[0036]圖9是根據本發明的實施例的催化劑金屬裝載裝置的示意性透視圖；
[0037]圖10是根據本發明的另一個實施例的合成石墨烯的方法的示意性流程圖；
[0038]圖1lA和圖1lB是催化劑金屬的區域X的放大圖，用於示出催化劑金屬的顆粒尺寸變化；
[0039]圖12是示出了催化劑金屬在被加熱時彼此相鄰的顆粒彼此合併的圖；
[0040]圖13是示出了使用根據本發明的實施例的合成石墨烯的方法合成的石墨烯的表面電阻特性的圖。
【具體實施方式】
[0041]現在將詳細參照實施例，在附圖中示出了實施例的示例，其中相同的標號始終表示相同的元件。就此而言，給出的實施例可以具有不同的形式，並且不應該被解釋為局限於這裡闡述的描述。因此，以下通過參照附圖僅描述這些實施例來解釋本描述的各方面。
[0042]將參照附圖更充分地描述本發明的優點和特徵以及實現所述優點和特徵的方法，在附圖中示出了本發明的示例性實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限於在這裡所闡述的實施例；相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完整的，並將本發明的構思充分地傳達給本領域普通技術人員。同時，這裡使用的術語僅為了描述具體實施例的目的，而不意圖成為示例性實施例的限制。如這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式。還將理解的是，這裡使用的術語「包含」和/或「包括」說明存在所述特徵、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組，但不排除存在或添加一個或多個其 他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。將理解的是，雖然術語「第一」、「第二」等在這裡可以用來描述各種元件，但是這些元件不應該受這些術語的限制。這些術語僅用來將一個元件與另一元件區別開來。
[0043]在下文中，術語「催化劑金屬」是指用於形成石墨烯的催化劑金屬，並且可以被設置為僅包含金屬的單金屬層或者與其他構件結合。例如，催化劑金屬可以被設置為被布置在諸如包含氧化矽(SiO2)的矽晶片的基底的表面上。
[0044]圖1是根據本發明的實施例的石墨烯合成設備的催化劑金屬裝載裝置的透視圖。圖2A和圖2B是示出了圖1的催化劑金屬裝載裝置中的支撐單元和催化劑金屬的結合的示意性透視圖。
[0045]參照圖1，石墨烯合成設備的催化劑金屬裝載裝置10包括框架100和支撐單元200，支撐單元200支撐裝載到框架100的催化劑金屬300。
[0046]框架100具有基本上六面體的形狀，框架100的6個表面可以是開放的。用於容納具有水平延伸的表面的催化劑金屬300的容納空間布置在框架100的內部，催化劑金屬300可以被布置為在豎直方向(方向D3)上彼此分隔開預定的距離。在這種情況下，多個催化劑金屬300可以被布置為彼此平行。
[0047]催化劑金屬300具有板狀的形狀和預定的面積，並且可以包含從由鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、銠(Rh)、矽(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)和鎢(W)組成的組中選擇的一種或多種。
[0048]支撐單元200固定布置在框架100內部的催化劑金屬300的位置。多個支撐單元200可以被布置為在催化劑金屬300周圍彼此分開，並且可以支撐催化劑金屬300的四個角部。例如，如果催化劑金屬300具有矩形的形狀，則支撐單元200可以被布置在催化劑金屬300的周圍，並可通過支撐催化劑金屬300的四個角部來固定催化劑金屬300。
[0049]參照圖2A，支撐單元200可以包括槽210，催化劑金屬300可以插入到槽210。支撐單元200和催化劑金屬300可以通過槽210結合到彼此。槽210可以被形成為具有與催化劑金屬300的厚度相同的深度，使得催化劑金屬300可以插入到槽210中。
[0050]參照圖2B，支撐單元200』可以是例如大鋼夾(bulldog clip)的夾子。例如，催化劑金屬300可以被插入到通過按壓夾子狀的支撐單元200』的把柄220』而形成的間隙210』中。支撐單元200可以具有孔，使得支撐單元200』可以結合到催化劑金屬300並同時固定到框架100。
[0051]雖然以上參照圖2A和圖2B描述了包括槽210的支撐單元200以及是夾子的支撐單元200，但是本發明不限於此。只要催化劑金屬300可以被固定到框架100，就可以採用各種形狀和類型的支撐單元中的任一種。
[0052]圖3是包括圖1的催化劑金屬裝載裝置的石墨烯合成設備的示意性正視圖。
[0053]參照圖3，石墨烯合成設備可以包括室30和布置在室30內部的催化劑金屬裝載裝置10。框架100可以被容納在室30的內部，其中，框架100容納通過支撐單元200彼此平行地布置的催化劑金屬300。
[0054]可以通過使用催化劑金屬300的化學氣相沉積(CVD)在室30的內部合成石墨烯。CVD的示例可以包括熱化學氣相沉積(T-CVD)、快速熱化學氣相沉積(RT-CVD)、電感耦合等離子體化學氣相沉積(ICP-CVD)和等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。可選擇地，可以採用原子層沉積(ALD)或者快速熱退火(RTA)。
[0055]圖4是根據本發明的另一個實施例的催化劑金屬裝載裝置的示意性透視圖。根據本實施例的石墨烯合成設備也包括室(未示出)和布置在室內部的催化劑金屬裝載裝置10。例如，圖4中示出的催化劑金屬裝載裝置10可以布置在室的內部，如圖3中所示。
[0056]參照圖4，催化劑金屬裝載裝置10包括框架100和支撐單元400，支撐單元400支撐裝載到框架100上的催化劑 金屬。另外，框架100包括用於容納多個板狀的催化劑金屬的空間。就此而言，圖4中示出的催化劑金屬裝載裝置10與以上參照圖1至圖3描述的催化劑金屬裝載裝置10相似。
[0057]然而，在本實施例中，支撐單元400布置在催化劑金屬的表面上，即，底表面上。由於支撐單元400布置在催化劑金屬的底表面上並整個地支撐催化劑金屬，所以催化劑金屬沿著水平方向被裝載。另外，支撐單元400保持多個催化劑金屬之間的距離。支撐單元400可以固定到框架100。
[0058]圖5是根據本發明的另一個實施例的催化劑金屬裝載裝置的示意性透視圖。
[0059]參照圖5，催化劑金屬裝載裝置10包括框架100和支撐單元500，支撐單元500支撐裝載到框架100的催化劑金屬。另外，框架100包括用於容納多個板狀的催化劑金屬的空間。就此而言，圖5中示出的催化劑金屬裝載裝置10與以上參照圖1至圖3描述的催化劑金屬裝載裝置10相似。
[0060]然而，在本實施例中，催化劑金屬300具有沿著豎直方向延伸的表面，並且被布置為在水平方向(方向Dl)上彼此分隔開，支撐單元500的位置與以上的實施例中支撐單元的位置不同。以下的描述將集中在它們之間的差異上。
[0061]支撐單元500可以結合到催化劑金屬300的邊緣以固定催化劑金屬300的位置。這裡，支撐單元500結合到催化劑金屬300的上邊緣，使得催化劑金屬300沿著豎直方向被裝載。
[0062]如上面參照圖2A和圖2B所描述的，支撐單元500可以包括催化劑金屬300可以插入到其中的槽，或者支撐單元500可以是夾子。多個支撐單元500可以布置為彼此分隔開。[0063]雖然在本實施例中提供了支撐單元500結合到催化劑金屬300的整個邊緣的情況，但是本發明不限於此。例如，可以布置多個支撐單元500，所述多個支撐單元500可以布置為彼此分隔開，並且結合到催化劑金屬300的兩個相對的上角部以固定催化劑金屬300的位置。
[0064]圖6是包括圖5的催化劑金屬裝載裝置的石墨烯合成設備的示意性正視圖。
[0065]參照圖6，石墨烯合成設備可以包括室60和布置在室60內部的催化劑金屬裝載裝置10。催化劑金屬300由支撐單元500沿著豎直方向被裝載到框架，框架100可以被容納在室60的內部，其中，多個催化劑金屬300彼此平行地裝載到框架100。可以在室60內部通過CVD來製造石墨烯。
[0066]圖7是根據本發明的另一個實施例的催化劑金屬裝載裝置的示意性透視圖。
[0067]參照圖7，石墨烯合成設備包括框架100和輥單元700，輥單元700支撐並傳送裝載到框架100的催化劑金屬300。
[0068]框架100具有基本上六面體的形狀，框架100的6個表面可以是開放的。用於容納具有水平延伸的表面的催化劑金屬300的容納空間布置在框架100的內部，多個催化劑金屬300可以被布置為在豎直方向(方向D3)上彼此分隔開預定的距離。在這種情況下，多個催化劑金屬300可以被布置為彼此平行。
[0069]催化劑金屬300具有板狀的形狀和預定的面積，並且可以包含從由鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、銠(Rh)、矽(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)和鎢(W)組成的組中選擇的一種或多種。
[0070]輥單元700支撐並傳送布置在框架100內部的催化劑金屬300。輥單元700包括成對的輥單元710和720。成對的輥單元710和720彼此平行地布置，使得催化劑金屬300可以位於二者之間。第一 輥單元710和第二輥單元720可以布置在框架100的外表面上相同的高度處。例如，第一輥單元710卷繞有催化劑金屬300，並沿著某方向(例如順時針或者逆時針)旋轉，第二輥單元720沿著與第一輥單元710相同的方向旋轉，因此，催化劑金屬300可以沿著方向Dl被傳送。
[0071]多對輥710和720被布置為在D3方向上彼此分隔開，其中，每對輥710和720包括第一輥單元710和第二輥單元720。根據多對輥710和720的布置，沿著水平方向裝載的催化劑金屬300可以被布置為在豎直方向上彼此分隔開。
[0072]圖8是包括圖7的催化劑金屬裝載裝置的石墨烯合成設備的示意性正視圖。
[0073]參照圖8，石墨烯合成設備可以包括室80和布置在室80內部的催化劑金屬裝載裝置10。催化劑金屬300由輥單元710和720沿著水平方向被裝載到框架100，框架100可以被容納在室80的內部，其中，多個催化劑金屬300彼此平行地裝載到框架100。
[0074]卷繞有催化劑金屬300的第一輥單元710可以布置在室80的外部並且可以將催化劑金屬300提供到室80中。通過旋轉第一輥單元710和第二輥單元720而沿著方向Dl被傳送的催化劑金屬300可以用於在室80內部形成/合成石墨烯。
[0075]圖9是根據本發明的實施例的催化劑金屬裝載裝置的示意性透視圖。
[0076]參照圖9，如同以上參照圖7描述的催化劑金屬裝載裝置，催化劑金屬裝載裝置10包括框架100和支撐並傳送催化劑金屬300的輥單元900，其中，框架100包括用於容納多個催化劑金屬300的空間。[0077]然而，在本實施例中，催化劑金屬300具有沿著豎直方向延伸的表面，並且被布置為在水平方向上彼此分隔開。輥單元900的位置與輥單元700的位置不同。以下的描述將集中在它們之間的差異上。
[0078]輥單元900包括成對的輥單元910和920。成對的輥單元910和920彼此平行地布置，使得容納空間位於它們之間。第一輥單元910和第二輥單元920沿著豎直方向延伸。
[0079]第一輥單元910和第二輥單元920被布置在框架100的外表面上。第一輥單元910卷繞有催化劑金屬300，並沿著某方向(順時針或者逆時針)旋轉，第二輥單元920沿著與第一輥單元910相同的方向旋轉，並沿著方向Dl傳送催化劑金屬300。
[0080]多對輥單元910和920 (每對輥單元910和920包括第一輥單元910和第二輥單元920)被布置為在水平方向(方向D2)上彼此分隔開，使得催化劑金屬300可以被裝載為彼此分隔開並且彼此平行。
[0081]在根據本實施例的催化劑金屬裝載裝置10中，第一輥單元910被布置在室(未示出)的外部，並將催化劑金屬300提供到室中用於石墨烯的形成。儘管未示出，但催化劑金屬裝載裝置10可以被布置在室80中以構成石墨烯合成設備。
[0082]圖10是根據本發明的另一個實施例的合成石墨烯的方法的示意性流程圖。
[0083]參照圖10，在操作S1010中，裝載催化劑金屬。例如，可以將催化劑金屬沿著水平方向裝載到以上參照圖1和圖4描述的催化劑金屬裝載裝置。可選擇地，可以將催化劑金屬裝載到以上參照圖5描述的催化劑金屬裝載裝置。當將催化劑金屬結合到支撐單元時，可以裝載催化劑金屬。
[0084]根據本發明的另一個實施例，可以將催化劑金屬沿著水平方向裝載到以上參照圖7描述的催化劑金屬裝載裝置。 可選擇地，可以沿著豎直方向將催化劑金屬裝載到以上參照圖9描述的催化劑金屬裝載裝置。可以使用卷到卷(reel-to-reel)的方法由成對的輥單元裝載催化劑金屬。通過使用卷到卷的方法，可以將催化劑金屬連續地提供到室中。
[0085]催化劑金屬可以包含從由鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、銠(Rh)、矽(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)和鎢(W)組成的組中選擇的一種或多種。
[0086]如果必要，則可以在將催化劑金屬裝載到催化劑金屬裝載裝置之前執行預處理操作。例如，可以通過使用酸性/鹼性溶液來清洗催化劑金屬的表面。
[0087]在操作S1020中，加熱催化劑金屬以增大催化劑金屬的顆粒(grain，或稱為晶粒)的尺寸。可以將催化劑金屬加熱至大約900°C或者更高的溫度，並且，隨著催化劑金屬被加熱，催化劑金屬的顆粒的尺寸可以是大約ΙΟΟμπι或者更大。這裡，術語「顆粒的尺寸」是指通過線法(line method)測量的值。線法是在電子背散射衍射(EBSD)圖或者精細組織圖像中對任意直線經過的顆粒的數量進行統計，然後用該任意直線的長度除以統計的顆粒數量來確定顆粒的尺寸的方法。
[0088]圖1lA和圖1lB是催化劑金屬的區域X的放大圖，用於示出催化劑金屬的顆粒尺寸變化；圖12是示出了催化劑金屬在被加熱時彼此相鄰的顆粒彼此合併的圖。
[0089]參照圖11A，多個顆粒密集地布置在催化劑金屬中。當加熱如圖1lA中示出的催化劑金屬時，催化劑金屬的狀態改變為圖1lB中示出的狀態。隨著催化劑金屬被加熱，彼此相鄰的顆粒彼此合併，如圖12的部分A中所示，因此顆粒的尺寸增大。[0090]參照示出了催化劑金屬在被加熱之前的狀態的圖1lA和示出了催化劑金屬在被加熱之後的狀態的圖11B，在相同的部分X中，顆粒的數量減少，顆粒的尺寸增大。
[0091]在操作S1030中，將氣態碳源注射到催化劑金屬並升高室內的溫度。
[0092]可以通過CVD來執行操作S1030。例如，可以採用熱化學氣相沉積(T-CVD)、快速熱化學氣相沉積(RT-CVD)、電感耦合等離子體化學氣相沉積(ICP-CVD)或者等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。
[0093]氣態碳源可以是從由一氧化碳、乙烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊烷、環戊二烯、己烷、環己烷、苯和甲苯組成的組中選擇的一種或多種。
[0094]例如，隨著室內部溫度的升高，作為氣態碳源的甲烷(CH4)氣體被分離為碳原子和氫原子，分離的碳原子被催化劑金屬的表面吸收。分離的碳原子擴散到催化劑金屬的顆粒中。
[0095]在操作S1040中，通過冷卻催化劑金屬來形成石墨烯。
[0096]隨著催化劑金屬被冷卻，在操作S1030中被催化劑金屬的表面吸收的碳原子被合成到催化劑金屬的表面，也就是說，合成了石墨烯。可以在相對短的時間段內冷卻催化劑金屬。在操作S1030之後，可以在室內部冷卻催化劑金屬，或者可在將催化劑金屬從室內取出之後在室的外部冷卻催化劑金屬。
[0097]然後，如果需要，可以在石墨烯上堆疊載體構件(未示出)，可以通過蝕刻來去除催化劑金屬。例如，載體構件可以是聚二甲基矽氧烷(PDMS)。
[0098]通過載體構件轉移去除了催化劑金屬的石墨烯，並且可將石墨烯轉移到目標基底(未示出)。例如，目標基底可以是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
[0099]通常，在使用催化劑金屬合成石墨烯的過程中，可能經常發生缺陷，例如，石墨烯的結晶度和方向性在顆粒之間的邊界處會改變或者構成石墨烯的碳原子之間的鍵會斷開。石墨烯的結晶度和方向性影響電子的運動。因此，如果石墨烯的結晶度和方向性改變，則電子的流動被幹擾，因此石墨烯的表面電阻增加。在顆粒之間的邊界周圍發生的缺陷也幹擾電子的流動，因此石墨烯的表面電阻增加。
[0100]然而，根據本發明的實施例，可以通過增大催化劑金屬的顆粒的尺寸來合成高品質的石墨烯。如以上參照圖1lA和圖1IB所述，在加熱催化劑金屬之前，顆粒密集地布置在預定的部分X的內部。然而，在加熱催化劑金屬以增大顆粒的尺寸之後，在相同部分X內的顆粒的數量減少。
[0101]由於顆粒的尺寸增大，在操作S1030中分離的碳原子可以均勻地擴散到其中的區域增大，因此在操作S1040中被冷卻之後形成的石墨烯具有高品質。
[0102]另外，由於顆粒的尺寸增大，所以顆粒之間的邊界佔據的面積減小，由此可以將顆粒之間的邊界處的問題(例如，如上所述的石墨烯的結晶度和方向性的變化或者其他缺陷)最小化。
[0103]圖13是示出了使用根據本發明的實施例的合成石墨烯的方法合成的石墨烯的表面電阻特性的圖。
[0104]實施例A是催化劑金屬沿著豎直方向被裝載的實施例，而實施例B是催化劑金屬沿著水平方向被裝載的實施例。
[0105]參照圖13，在催化劑金屬沿著豎直方向被裝載(實施例A)和催化劑金屬沿著水平方向被裝載(實施例B)的兩種情況中，表面電阻都小於350hm/sq。所述值比未執行操作S1020而合成的石墨烯的表面電阻小大約20%。低表面電阻的原因是如上所述的在操作S1020中催化劑金屬的顆粒的尺寸增大。
[0106]具體地，在催化劑金屬沿著豎直方向被裝載的情況下，其特徵是優異的表面電阻特性。這一點的原因是，當催化劑金屬沿著豎直方向被裝載時，催化劑金屬的顆粒不僅在操作S1020中被加熱，而且還受到重力的影響。換言之，當催化劑金屬的顆粒的尺寸隨著彼此相鄰的顆粒彼此合併而增大時，重力對顆粒起作用，因此顆粒的尺寸進一步增大。因此，可以提供用於合成優質石墨烯的環境。
[0107]如上所述，根據本發明的上述實施例中的一個或多個，可以通過增大催化劑金屬的顆粒的尺寸來簡單地合成大量的優質石墨烯。
[0108]應該理解的是，這裡描述的示例性實施例應該僅以描述性的意義來考慮，而不出於限制的目的。對每個實施例中的特徵或方面的描述通常應該被認為可用於其他實施例中的其他相似的特徵或方面 。
【權利要求】
1.一種合成石墨烯的方法，所述方法包括: 將催化劑金屬以水平方向或者豎直方向裝載到室中； 通過加熱催化劑金屬來增大催化劑金屬的顆粒的尺寸； 在催化劑金屬中提供氣相碳源的同時，升高室內部的溫度；以及 通過冷卻催化劑金屬來形成石墨烯。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，催化劑金屬的顆粒的尺寸大於ΙΟΟμπι。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，催化劑金屬包含從由N1、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、S1、Ta、Ti和W組成的組中選擇的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，在催化劑金屬中提供氣相碳源的同時，升高室內部的溫度的步驟包括熱化學氣相沉積、快速熱化學氣相沉積、電感耦合等離子體化學氣相沉積或者等離子體增強化學氣相沉積。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，在裝載催化劑金屬的步驟中，使用卷到卷的方法由至少一對輥單元裝載催化劑金屬。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，在裝載催化劑金屬的步驟中，通過將催化劑金屬的表面或邊緣固定到框架來裝載催化劑金屬。
7.—種通過使用根據權利要求1至權利要求6中的任一項所述的方法合成的石墨烯。
8.根據權利要求7所述的石墨烯，其中，所述石墨烯的表面電阻小於350hm/sq。
9.一種用於製造石墨烯的石墨烯合成設備，所述石墨烯合成設備包括: 框架，包括容納空間，容納空間用於容納沿著豎直方向或者水平方向延伸的催化劑金屬；以及 支撐催化劑金屬的支撐單元， 其中，催化劑金屬彼此分隔開。
10.根據權利要求9所述的石墨烯合成設備，其中，支撐單元被布置為在催化劑金屬周圍彼此分開。
11.根據權利要求9所述的石墨烯合成設備，其中，支撐單元結合到催化劑金屬的至少一個邊緣。
12.根據權利要求9所述的石墨烯合成設備，其中，支撐單元支撐催化劑金屬的表面。
13.一種用於製造石墨烯的石墨烯合成設備，所述石墨烯合成設備包括: 框架，包括容納空間，容納空間用於容納沿著豎直方向或者水平方向延伸的催化劑金屬；以及 輥單元，支撐並傳送催化劑金屬，使得催化劑金屬被布置成在容納空間的內部彼此分隔開。
14.根據權利要求13所述的石墨烯合成設備，其中，輥單元包括成對的輥，所述成對的輥彼此平行地布置並且布置在容納空間周圍。
15.根據權利要求14所述的石墨烯合成設備，其中，布置多對輥，以及 每對棍被布置成在垂直於催化劑金屬的表面的方向上彼此分隔開。
16.根據權利要求14所述的石墨烯合成設備，其中，所述成對的輥包括: 第一輥單元，提供催化劑金屬層；以及 第二輥單元，支撐並沿著一方向傳送由第一輥單元提供的催化劑金屬。
【文檔編號】C01B31/02GK103459316SQ201280016553
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年1月30日 優先權日:2011年1月31日
【發明者】宋榮日, 金炯根, 洪秉熙, 安鍾賢 申請人:三星泰科威株式會社, 成均館大學校產學協力團