石墨烯薄膜製造裝置及石墨烯薄膜製造方法
2023-12-04 07:55:51 3
石墨烯薄膜製造裝置及石墨烯薄膜製造方法
【專利摘要】本發明公開一種石墨烯薄膜製造裝置，包括：原料流體供應部，供應含碳的原料流體；氣體噴出部，從所述原料流體供應部得到所述原料流體的供應，並將所述原料流體熱分解而噴出；加熱裝置，配置為對與所述氣體噴出部中噴出的氣體接觸的催化劑基板進行加熱，或者至少對與所述噴出的氣體相接觸的催化劑基板的區域進行局部加熱。
【專利說明】石墨烯薄膜製造裝置及石墨烯薄膜製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種石墨烯薄膜製造裝置及石墨烯薄膜製造方法，尤其涉及一種便於改善工序簡便性以及石墨烯薄膜特性的石墨烯薄膜製造裝置及石墨烯薄膜製造方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯(graphene)是一種碳原子形成二維蜂窩狀排列的具有單層原子厚度的導電性物質。如果碳原子層疊為三維則成為石墨、如果卷繞成一維而呈現圓柱狀則成為碳納米管、而如果成為圓球狀則會形成零維結構的富勒烯(fulIerene)。石墨烯由於只由碳元素構成，因此在結構上和化學上非常穩定。
[0003]而且，由於石墨烯處於費米能級(Fermi level)附近的電子的有效質量(effective mass)很小，因此石墨烯內的電子移動速度幾乎與光速相等。所以其電學性能非常良好，故作為新一代元件的材料而受到矚目。並且，由於石墨烯的厚度為一個碳原子的厚度，因此有望作為超高速、超薄型電子元件而得到應用。
[0004]尤其，近來顯示裝置多被平板顯示裝置替代，而平板顯示裝置通常使用透明電極。作為代表性透明電極的ITO (Indium Tin Oxide，銦錫氧化物)因其昂貴且製程難度高而應用受限，尤其不容易應用於柔性(Flexible)顯示裝置。與此相反，由於石墨烯被預測為將出色的伸縮性、柔性以及透明度集於一身的同時便於用相對簡單的方法進行合成和圖案化，因此正在研究其生產方法。
[0005]然而，雖然石墨烯具有如此優良的電學/機械/化學特性，卻由於製造工藝的難度及由此帶來的難以大量生產的問題而造成工業應用受局限。並且，如果利用可實現大量生產的化學還原法製造石墨烯，則會導致石墨烯的品質明顯下降。
【發明內容】
[0006]技術問題
[0007]本發明可提供一種便於改善工序簡便性以及石墨烯薄膜特性的石墨烯薄膜製造裝置及石墨烯薄膜製造方法。
[0008]技術方案
[0009]本發明公開一種石墨烯薄膜製造裝置，包括:原料流體供應部，供應含碳的原料流體；氣體噴出部，從所述流體供應部得到所述原料流體的供應，並將所述原料流體熱分解而以氣體狀態噴出；催化劑基板，配置為與從所述氣體噴出部噴出的氣體相接觸；加熱裝置，配置為至少對與所述噴出的氣體相接觸的催化劑基板的區域進行局部加熱。
[0010]在本發明中，還可以包括流體流量調節器，配置於所述原料流體供應部的一端，以用於調節從所述原料流體供應部供應到所述氣體噴出部的流體的流量。
[0011 ] 在本發明中，所述原料流體還可包括惰性氣體及氫氣。
[0012] 在本發明中，所述氣體噴出部可具有:儲存部件，用於收容所述原料流體；加熱部件，配置於所述儲存部件的外圍而將所述原料流體熱分解；噴嘴部件，連接於所述儲存部件而噴出被熱分解的氣體。
[0013]在本發明中，所述氣體噴出部可形成為延伸狀，以具有對應於所述催化劑基板的一個側面寬度的寬度。
[0014]在本發明中，所述加熱裝置可配置為朝向所述催化劑基板的面當中與所述氣體噴出部相對的面的相反面。
[0015]在本發明中，所述加熱裝置可配置於所述氣體噴出部與所述催化劑基板之間。
[0016]在本發明中，所述加熱裝置可配置於所述氣體噴出部的一端。
[0017]在本發明中，還可以包括:箱體，收容所述氣體噴出部，並至少收容與所述噴出的氣體相接觸的所述催化劑基板的區域。
[0018]在本發明中，還可以包括連接於所述箱體的排氣裝置。
[0019]在本發明中，可通過卷對卷方式供應所述催化劑基板。
[0020]在本發明中，所述氣體噴出部可在沿著一個方向移動的過程中噴出氣體。
[0021]根據本發明的另一方面，公開一種石墨烯薄膜製造方法，包括如下步驟:得到含碳原料流體的供應，並將所述原料流體熱分解而以氣體狀態噴出；噴出的氣體與催化劑基板接觸而反應，其中，所述噴出的氣體與所述催化劑基板接觸的步驟包括對與所述噴出的氣體接觸的催化劑基板的區域進行局部加熱的步驟。
[0022]在本發明中，所述噴出的氣體與催化劑基板接觸而反應的步驟可通過所述催化劑基板或所述氣體噴出部的移動而連續地執行。
[0023]有益效果
[0024]本發明中涉及的石墨烯薄膜製造裝置及石墨烯薄膜製造方法便於實現工序的簡便性以及石墨烯薄膜的優良特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為示意性表示有關本發明一個實施例的石墨烯薄膜製造裝置的立體圖。
[0026]圖2為沿著圖1的I1-1I線截取的剖面圖。
[0027]圖3為示意性表示有關本發明另一實施例的石墨烯薄膜製造裝置的立體圖。
[0028]圖4為沿著圖3的IV-1V線截取的剖面圖。
[0029]圖5為示意性表示有關本發明又一實施例的石墨烯薄膜製造裝置的立體圖。
[0030]圖6為示意性表示有關本發明又一實施例的石墨烯薄膜製造裝置的立體圖。
[0031]符號說明:
[0032]100、200、300、400:石墨烯薄膜製造裝置
[0033]105、205、305、405:箱體
[0034]110、210、310、410:原料流體供應部
[0035]117、217、317、417:流體流量調節器
[0036]120、220、320、420:氣體噴出部
[0037]121、221、321、421:噴嘴部件
[0038]122、222、322、422:儲存部件
[0039]123、223、323、423:加熱部件
[0040]130、230、330、430:催化劑基板[0041]140、240、340、440:石墨烯薄膜
[0042]150、250、350、450:加熱裝置
[0043]160、260、360、460:排氣裝置
[0044]170、371、372:滾軸
[0045]390、490:冷卻部
【具體實施方式】
[0046]以下，參照附圖中圖示的有關本發明的實施例而詳細說明本發明的構成及作用。
[0047]圖1為示意性表示有關本發明一個實施例的石墨烯(Graphene)薄膜製造裝置100的立體圖，圖2為沿著圖1中的I1-1I線截取的剖面圖。
[0048]參照圖1和圖2，石墨烯薄膜製造裝置100包括原料流體供應部110、氣體噴出部120、催化劑基板130、加熱裝置150、以及箱體105。
[0049]原料流體供應部110具有多個流體供應部件111、112、113，各部件111、112、113分別供應不同的流體。多個流體供應部件111、112、113提供碳供應源流體以及惰性氣體。作為碳供應源流體可以使用CH4、C2H6、C3H6、CO、C2H5或其他含碳的多種流體。作為惰性氣體可使用N2、Ar、He或其他多種氣體。而且，流體供應部件111、112、113還可以供應氫氣。
[0050]氣體噴出部120從原料流體供應部110得到碳供應源流體及惰性氣體的供應，並將碳供應源流體進行熱分解而以氣體狀態朝催化劑基板130方向噴出。具體而言，氣體噴出部120通過連接管118而連接於原料流體供應部110。並且，在原料流體供應部110的一端配置流體流量調節器117，並可以通過流量調節器117輕易地控制從原料流體供應部110向氣體噴出部120供應的流體的量。
[0051]氣體噴出部120具有噴嘴部件121、儲存部件122、以及加熱部件123。從原料流體供應部110通過連接管118供應的氣體到達儲存部件122。
[0052]加熱部件123配置於儲存部件122的周圍。加熱部件123將儲存部件122的流體即碳供應源流體加熱而進行分解。例如在原料流體供應部Iio中將CH4氣體使用為碳供應源流體的情況下，加熱部件123將儲存部件122內的CH4氣體加熱到可以分解為碳成分和氫成分的程度。加熱部件123可以使用多種類型的熱源，可利用滷素燈、紅外線，並可以不受限制地選用其他熱源，尤其是優選具備能夠供應分解從原料流體供應部110得到的碳供應源流體所需的溫度(約為800°C~IOO(TC)的熱量的熱源。然而本發明並不局限於此，熱源可以提供多種溫度的熱量，即可以根據催化劑基板130的種類或催化劑基板130的厚度而選定為多種。作為具體實例，在催化劑基板130的厚度為數百納米以下時，熱源所供應的熱量的溫度約取200°C~400°C也無妨。
[0053]而且，為了進行有效的熱分解，優選地，將加熱部件123形成為包覆儲存部件222。
[0054]在氣體噴出部120的下部配置催化劑基板130。催化劑基板130可以包含從由銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉬(Pt)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鑰(Mo)、銠(Rh)、矽(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)等組成的群中選擇的一種以上元素。然而本發明並不局限於此，催化劑基板130也可以由多種金屬、金屬合金、或者具有與石墨烯相近的格子間距的陶瓷材料或六方氮化硼(h-BN)形成。催化劑基板130具有寬度D。
[0055]含碳的被分解流體140a通過噴嘴部件121而朝催化劑基板130方向前進。結果，通過噴嘴部件121噴出的被分解流體140a將與催化劑基板130接觸。由此，碳與催化劑基板130進行反應並得到冷卻而結晶，從而形成石墨烯薄膜140。為了有效地形成石墨烯薄膜140，優選地，使噴嘴部件121具有線狀延伸的形態，以使噴嘴部件121具有對應於催化劑基板130的寬度D的寬度。
[0056]此時，為了有效地製造石墨烯薄膜140，將用於加熱催化劑基板130的加熱裝置150配置於催化劑基板130的下部。加熱裝置150通過加熱催化劑基板130而在被分解流體140a與催化劑基板130接觸時促進流體140a與催化劑基板130的反應。
[0057]即，至少要用加熱催化劑基板130的區域當中與被分解流體140a接觸的區域所需的寬度和位置去配置加熱裝置150。然而本發明並不局限於此。即，加熱裝置150可以對催化劑基板130的區域當中將與被分解流體140a接觸的區域預先加熱而促進反應。為此也可以加大加熱裝置150的寬度，將其形成為預先加熱催化劑基板130的區域當中將與被分解流體140a接觸的區域所需的寬度。
[0058]連續供應催化劑基板130而使石墨烯薄膜140的連續製造有效地進行。即，利用配置於催化劑基板130下部的滾軸170而使催化劑基板130朝圖1中的X方向連續行進。朝X方向行進的催化劑基板 130將依次與從氣體噴出部120噴出的被分解氣體140a接觸。並且，如前所述，催化劑基板130的上部表面形成石墨烯薄膜140。尤其，由於催化劑基板130朝X方向連續前進，因此生成的被分解流體140a與催化劑基板130反應之後隨即脫離氣體噴出部120和加熱裝置150並得到冷卻，從而使石墨烯薄膜140的形成時間縮短。
[0059]箱體105形成為至少能夠將氣體噴出部120與催化劑基板130相接觸而形成石墨烯薄膜140的區域包圍。優選地，在箱體105內配置氣體噴出部120、加熱裝置150、以及滾軸170。而且，催化劑基板130配置於箱體105中，為使催化劑基板130朝X方向連續前進，箱體105具有可開閉的入口 105a和出口 105b。由於存在箱體105，因此在製造石墨烯薄膜140時使用的氣體以及殘留氣體不會向箱體105外部漏出。
[0060]箱體105內可以維持大氣壓狀態。然而本發明並不局限於此，為了防止漏氣以及有效地管理工序，也可以使箱體105內部維持真空或低壓狀態。
[0061]並且，將排氣裝置160配置為連接於箱體105。利用排氣裝置160而將製造石墨烯薄膜140之後殘留的氣體輕易地排出，從而防止連續製造石墨烯薄膜140時有雜質氣體混入，並可以輕易地防止氣體向箱體105外部漏出。
[0062]可將形成於催化劑基板130上的石墨烯薄膜140用於多種用途，可通過蝕刻等方法而從石墨烯薄膜140分離催化劑基板130而使用。
[0063]本實施例中的石墨烯薄膜製造裝置100利用配備於氣體噴出部120的加熱部件123而將碳供應源氣體加熱分解，然後使被分解氣體140a與催化劑基板130接觸。由於不用加熱箱體105內的整個空間而只通過局部加熱而使碳供應源氣體熱分解，因此可以有效地製造石墨烯薄膜140。
[0064]而且，由於以卷對卷(reel-to-reel)方式供應催化劑基板130,因此使連續的石墨烯薄膜140製造變得簡單。尤其，由於使碳供應源氣體被熱分解而接觸於催化劑基板130，因此不用將整個催化劑基板130加熱至高達800°C~1000°C的碳供應源氣體熱分解溫度。結果，氣體140a與催化劑基板130反應，並有用於碳的結晶化的冷卻連續而及時地進行，因此石墨烯薄膜140的製造工序用時顯著減少。[0065]此時，通過將加熱裝置150配置為與催化劑基板130的區域當中接觸於氣體140a的區域相對應，從而促進催化劑基板130與氣體140a的反應。尤其，由於對催化劑基板130不是整體加熱而只是局部加熱，因此可以提高工序的效率。即，通過局部加熱催化劑基板130而製造石墨烯薄膜140時，可以顯著縮減需要相當多的時間的藉助於冷卻的結晶化工序。
[0066]圖3為示意性表示涉及本發明另一實施例的石墨烯薄膜製造裝置200的立體圖，圖4為沿著圖3的IV -1V線截取的剖面圖。
[0067]參照圖3和圖4，石墨烯薄膜製造裝置200包括原料流體供應部210、氣體噴出部220、催化劑基板230、加熱裝置250、以及箱體205。
[0068]原料流體供應部210具有多個氣體供應部件211、212、213，各部件分別供應不同氣體。
[0069]氣體噴出部220從原料流體供應部210得到碳供應源流體以及惰性氣體的供應，並將碳供應流體熱分解而朝催化劑基板230方向噴出。具體而言，氣體噴出部220通過連接管218而連接於原料流體供應部210。並且，原料流體供應部210的一端配置有流體流量調節器217，可通過流體流量調節器217而輕易地控制從原料流體供應部210向氣體噴出部220供應的氣體的量。
[0070]氣體噴出部220具有噴嘴部件221、儲存部件222、以及加熱部件223。由原料流體供應部210通過連接管218而供應的氣體到達儲存部件222。
[0071 ] 加熱部件223配置於儲存部件222的周圍。加熱部件223將儲存部件222中的氣體即碳供應源流體加熱分解。例如在原料流體供應部210中將CH4使用為碳供應源流體的情況下，加熱部件223將催化劑基板230內的CH4流體加熱到可以分解為碳成分和氫成分的程度。加熱部件223可以使用多種類型的熱源，可利用滷素燈、紅外線，並可以不受限制地選用其他熱源，尤其是優選具備能夠供應分解從原料流體供應部210得到的碳供應源流體所需的溫度(約為800°C~1000°C)的熱量的熱源。
[0072]然而本發明並不局限於此，熱源可以提供多種溫度的熱量，即可以根據催化劑基板230的種類或催化劑基板230的厚度而選定為多種。作為具體實例，在催化劑基板230的厚度為數百納米以下時，熱源所供應的熱量的溫度約取200°C~400°C也無妨。
[0073]氣體噴出部220的下部配置有催化劑基板230。催化劑基板230具有寬度D。
[0074]被分解流體240a (尤其是含碳流體240a)通過噴嘴部件221而以氣體狀態朝催化劑基板230方向前進。結果，通過噴嘴部件221噴出的被分解流體240a與催化劑基板230接觸。由此，碳與催化劑基板230進行反應並得到冷卻而結晶，從而形成石墨烯薄膜240。為了高效地形成石墨烯薄膜240，優選地，使噴嘴部件221具有線狀延伸的形態，以使噴嘴部件221具有對應於催化劑基板230的寬度D的寬度。
[0075]此時，為了有效地製造石墨烯薄膜240，將用於加熱催化劑基板230的加熱裝置250配置於催化劑基板230的上部。即，將加熱裝置250配置於催化劑基板230與氣體噴出部220之間，優選地，可將加熱裝置250配置於氣體噴出部220的一端。
[0076]加熱裝置250通過預先加熱催化劑基板230而在被分解流體240a與催化劑基板230接觸時促進被分解氣體240a與催化劑基板230的反應。
[0077]即，加熱裝置250被配置為具有能夠加熱催化劑基板230的區域當中的至少與被分解流體240a接觸的區域的寬度和位置。即，可將加熱裝置250配置於氣體噴出部220的一端，並以不超出氣體噴出部220的寬度範圍的大小進行配置。如圖4所示，可將加熱裝置250形成為連接於儲存部件222的一端並與噴嘴部件221分離。
[0078]為了有效地進行石墨烯薄膜240的連續製造，氣體噴出部220相對催化劑基板230移動。即，氣體噴出部220沿著圖3中的X方向連續行進。朝X方向行進的氣體噴出部220中噴出的氣體240a將依次與催化劑基板230接觸。
[0079]結果，催化劑基板230的上部表面將連續形成石墨烯薄膜240。尤其，由於氣體噴出部220朝X方向連續前進，因此生成的被分解氣體240a與催化劑基板230反應之後隨即脫離氣體噴出部220和加熱裝置250並得到冷卻，從而使石墨烯薄膜240的形成時間縮短。
[0080]箱體205形成為至少能夠將氣體噴出部220與催化劑基板230相接觸而形成石墨烯薄膜240的區域包圍。優選地，在箱體205內配置氣體噴出部220、加熱裝置250、以及催化劑基板230。由於存在箱體205，因此在製造石墨烯薄膜240時使用的氣體以及殘留氣體不會向箱體205外部漏出。
[0081]箱體205內可以維持大氣壓狀態。然而本發明並不局限於此，為了防止漏氣以及高效的工序管理，也可以使箱體205內部維持真空或低壓狀態。
[0082]並且，將排氣裝置260配置為連接於箱體205。利用排氣裝置260而將製造石墨烯薄膜240之後殘留的氣體 輕易地排出，從而防止連續製造石墨烯薄膜240時有雜質氣體混入，並可以輕易地防止氣體向箱體205外部漏出。
[0083]本實施例中的石墨烯薄膜製造裝置200利用配備於氣體噴出部220的加熱部件223而將碳供應源流體加熱並使之熱分解，然後使被分解流體240a與催化劑基板230接觸。由於不用加熱箱體205內的整個空間而只通過局部加熱而使碳供應源氣體熱分解，因此可以高效地製造石墨烯薄膜240。
[0084]而且，由於在移動氣體噴出部220的同時執行工序，因此容易連續製造石墨烯薄膜240。尤其，由於使碳供應源流體被熱分解而接觸於催化劑基板230，因此不用將整個催化劑基板230加熱至高達800°C~1000°C的碳供應源氣體的熱分解溫度。結果，被分解流體240a與催化劑基板230反應，並有用於碳的結晶化的冷卻連續而及時地進行，因此石墨烯薄膜240的製造工序用時顯著減少。
[0085]此時，通過將加熱裝置250配置為與催化劑基板230的區域當中接觸於流體240a的區域相對應，從而促進催化劑基板230與被分解流體240a的反應。尤其，由於對催化劑基板230不是整體加熱而只是局部加熱，因此可以提高工序的效率。即，通過局部加熱催化劑基板230而製造石墨烯薄膜240時，可以顯著縮減需要相當多的時間的藉助於冷卻的結
晶化工序。
[0086]圖5為示意性表示涉及本發明又一實施例的石墨烯薄膜製造裝置的立體圖。
[0087]參照圖5，石墨烯薄膜製造裝置300包括原料流體供應部310、氣體噴出部320、催化劑基板330、加熱裝置350、箱體305、以及冷卻部390。
[0088]本實施例中的石墨烯薄膜製造裝置300與圖1及圖2中的石墨烯薄膜製造裝置100相似。為了說明的方便，重點說明與圖1及圖2的實施例的不同之處。
[0089]原料流體供應部310具有多個流體供應部件311、312、313。多個流體供應部件311、312、313供應碳供應源流體以及惰性氣體。[0090]氣體噴出部320從原料流體供應部310得到碳供應源流體以及惰性氣體的供應，並將碳供應源流體熱分解而以氣體狀態朝催化劑基板330方向噴出。
[0091]雖然沒有圖示，然而本實施例中的氣體噴出部320與圖1和圖2中的氣體噴出部120相同，也具有噴嘴部件(未圖示)、儲存部件(未圖示)、以及加熱部件(未圖示)。
[0092]將催化劑基板330配置為與氣體噴出部320面對。即，通過配置氣體噴出部320和催化劑基板330而使從氣體噴出部320噴出的氣體朝向催化劑基板330。
[0093]含碳的被分解流體340a通過氣體噴出部320而向催化劑基板330方向前進。結果，通過氣體噴出部320噴出的被分解流體340a將與催化劑基板330接觸。由此，使碳與催化劑基板330反應並結晶化而形成石墨烯薄膜340。
[0094]此時，為了有效地製造石墨烯薄膜340，將用於加熱催化劑基板330的加熱裝置350配置於催化劑基板330的下部。加熱裝置350通過加熱催化劑基板330而在被分解流體340a與催化劑基板330接觸時促進流體340a與催化劑基板330的反應。
[0095]為了有效地進行石墨烯薄膜340的連續製造而連續地供應催化劑基板330。BP,利用配置在催化劑基板330下部的第一滾軸371、第二滾軸372而使催化劑基板330向圖5中的X方向連續行進。朝X方向行進的催化劑基板330將依次與氣體噴出部320噴出的被分解氣體340a接觸。並且，如前所述，催化劑基板330的上表面將形成石墨烯薄膜340。
[0096]將冷卻部390配置為與氣體噴出部320分離。將冷卻部390配置為促進前述的形成於催化劑基板330上表面的石墨烯薄膜340有效生長(growth)。為此，冷卻部390可利用多種冷卻方式，如可以使冷卻水流過或者向冷卻部390內的區域注入冷卻氣體。作為利用冷卻水的一例，可以向第二滾軸372內部注入冷卻水而藉助於第二滾軸372而執行冷卻工序。在此情況下，冷卻部390也可以不需要單獨的外殼等用於與外部劃界的劃界部分。與此相比，在利用注入冷卻氣 體的方法時，冷卻部390需要具有預定的分界。即，可將冷卻部390形成為具有如圖5的虛線所示劃界部分，由此向冷卻部390內部注入冷卻氣體。
[0097]在圖5中圖示了冷卻部390與配置有氣體噴出部320的區域並排布置的情形，然而本發明並不局限於此。即，為了使冷卻部390與氣體噴出部320的分離更加有效，也可以使經過氣體噴出部320的催化劑基板330以彎折預定角度的路逕行進，從而不將冷卻部390與氣體噴出部320並排布置，但其配置方法要根據工序條件等而具體地確定。
[0098]箱體305要形成為至少包圍氣體噴出部320與催化劑基板330接觸而形成石墨烯薄膜340的區域。箱體305具有可開閉的入口 305a和出口 305b。並且，將排氣裝置360配置為與箱體305連接。
[0099]尤其如前所述地在為了使冷卻部390與氣體噴出部320有效地分離而不予並排布置的情況下，使排氣裝置360與配置有冷卻部390的區域分離而與接近配置有氣體噴出部320的區域即石墨烯合成區域連接。
[0100]在本實施例的石墨烯薄膜製造裝置300中，通過氣體噴出部320和催化劑基板330形成的石墨烯薄膜340依次於冷卻部390中得到冷卻而使石墨烯薄膜340的生長有效地進行，從而可以顯著減少最終製造出石墨烯薄膜340的用時。並且，最終製造出的石墨烯薄膜340的均勻度提高。而且，由於在製造石墨烯薄膜340時在冷卻部390中直接冷卻，因此無需中斷而可以直接進行蝕刻或轉印等後續工序。
[0101]圖6為示意性表示涉及本發明又一實施例的石墨烯薄膜製造裝置的立體圖。[0102]參照圖6，石墨烯薄膜製造裝置400包括原料流體供應部410、氣體噴出部420、催化劑基板430、加熱裝置450、以及箱體405。
[0103]本實施例中的石墨烯薄膜製造裝置400與圖3和圖4中的石墨烯薄膜製造裝置200相似。為了說明的方便，重點說明與圖3及圖4的實施例的不同之處。
[0104]原料流體供應部410具有多個氣體供應部件411、412、413，各部件分別供應不同氣體。
[0105]氣體噴出部420從原料流體供應部410得到碳供應源流體及惰性氣體的供應，並將碳供應源流體熱分解而朝催化劑基板430方向噴出。
[0106]雖然沒有圖示，然而本實施例中的氣體噴出部420與圖3及圖4中的氣體噴出部320相同，也具有噴嘴部件(未圖示)、儲存部件(未圖示)、以及加熱部件(未圖示)。[0107]催化劑基板430配置於氣體噴出部420的下部。催化劑基板430具有寬度D。
[0108]被分解流體440a (尤其是含碳流體440a)通過氣體噴出部420而以氣體狀態朝催化劑基板430方向前進。結果，通過氣體噴出部420噴出的被分解流體440a將與催化劑基板430接觸。由此，碳與催化劑基板430反應並冷卻而結晶化，從而形成石墨烯薄膜440。
[0109]為了有效地進行石墨烯薄膜440的連續製造，氣體噴出部420相對催化劑基板430移動。即，氣體噴出部420朝圖6中的X方向連續行進。朝X方向行進的氣體噴出部420中噴出的氣體440a將依次與催化劑基板430接觸。結果，催化劑基板430的上表面形成連續的石墨烯薄膜440。然而本發明並不局限於此，也可以使氣體噴出部420形成為能夠沿著兩個方向做直線運動。即，可以將氣體噴出部420形成為朝X方向及X的反方向移動。在此情況下，可用多種方法製造石墨烯薄膜440，可以沿著X方向先製造石墨烯薄膜440之後再沿著X的反方向製造另外的石墨烯薄膜440。據此，在生產大量石墨烯薄膜440時，可減少氣體噴出部420的移動時間而縮短工序進行時間。
[0110]將冷卻部490配置為與氣體噴出部420分離。冷卻部490被配置為有助於前述的形成於催化劑基板430上表面的石墨烯薄膜440的有效生長(growth)。
[0111]冷卻部490具體包括第一冷卻部件491和第二冷卻部件492。將第一冷卻部件491配置為在氣體噴出部420的一側與氣體噴出部420分離，並將第二冷卻部件492配置為在氣體噴出部420的另一側與氣體噴出部420分離。此時，優選地，有選擇性地驅動第一冷卻部件491和第二冷卻部件492。即，如圖6所示，朝X方向行進中製造石墨烯薄膜440的情況下，優選只驅動第一冷卻部件491。雖然沒有圖示，但是朝X的反方向行進中製造石墨烯薄膜440的情況下，優選只驅動第二冷卻部件492。即，優選地，通過驅動冷卻部490的冷卻部件491、492而使形成於催化劑基板430上的石墨烯薄膜440冷卻。
[0112]冷卻部490可以使用多種冷卻方式，如可以使冷卻水流入冷卻部490內部或者向冷卻部490內的區域注入冷卻氣體。
[0113]並且，冷卻部490與氣體噴出部420 —起移動。即，與氣體噴出部420相同，也被配置為朝X方向或X的反方向做直線運動。
[0114]冷卻部490與氣體噴出部420被隔壁480所分開。即，防止冷卻部490的冷卻氣體或冷卻水等冷卻物對氣體噴出部420的加熱工序產生影響。為此，用隔熱部件形成隔壁480。而且，為了有效地隔熱，優選地，將隔壁480配置為包圍氣體噴出部420。
[0115]箱體405形成為至少能夠將氣體噴出部420與催化劑基板430相接觸而形成石墨烯薄膜440的區域包圍。優選地，在箱體405內配置氣體噴出部420、加熱裝置450、催化劑基板430、以及冷卻部490。將排氣裝置460配置為與箱體405連接。
[0116]雖然沒有圖示，然而當然可以採用當催化劑基板330以卷對卷方式移動時(參照圖5)同時有氣體噴出部420發生移動(參照圖6)的方式。而且，在此情況下，可以具有前述實施例中的冷卻部390或冷卻部490。
[0117]在本實施例的石墨烯薄膜製造裝置400中，通過氣體噴出部420和催化劑基板430形成的石墨烯薄膜440依次於冷卻部490中得到冷卻而使石墨烯薄膜440的生長有效地進行，從而可以顯著減少最終製造出石墨烯薄膜340的用時。並且，最終製造出的石墨烯薄膜440的均勻度得到提高。而且，由於在製造石墨烯薄膜440時在冷卻部490中直接冷卻，因此無需中斷而可以直接進行例如蝕刻或轉印之類的後續工序。
[0118]前述的實施例中說明了石墨烯薄膜製造裝置100、200、300、400分別具有一個氣體噴出部120、220、320、420的情形，然而本發明並不局限於此，為了使工序有效地進行，當然也可以根據工序條件、空間條件、以及其他設計條件而在石墨烯薄膜製造裝置100、200、300,400中分別配備多個氣體噴出部。
[0119]已參考附圖所示實施例對本發明進行了說明，然而這只是示例性的，本發明所屬【技術領域】中具有普通知識 的人員即可明白由此可以導出多種變形例及其他等價實施例。因此，本發明的真正的技術保護範圍應當由權利要求書的技術思想確定。
【權利要求】
1.一種石墨烯薄膜製造裝置，包括:原料流體供應部，供應含碳的原料流體；氣體噴出部，從所述流體供應部得到所述原料流體的供應，並將所述原料流體熱分解而以氣體狀態噴出；催化劑基板，配置為與從所述氣體噴出部噴出的氣體相接觸；加熱裝置，配置為至少對與所述噴出的氣體相接觸的催化劑基板的區域進行局部加熱。
2.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，還包括:流體流量調節器，配置於所述原料流體供應部的一端，以用於調節從所述原料流體供應部供應到所述氣體噴出部的流體的流量。
3.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述原料流體還包括惰性氣體以及氫氣。
4.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述氣體噴出部具有:儲存部件，用於收容所述原料流體；加熱部件，配置於所述儲存部件的外圍而將所述原料流體熱分解；噴嘴部件，連接於所述儲存部件而噴出熱分解的氣體。
5.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述氣體噴出部形成為延伸狀，以具有對應於所述催化劑基板的一個側面寬度的寬度。
6.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，將所述加熱裝置配置為朝向所述催化劑基板的面當中與所述氣體噴出部面對的面的相反面。
7.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述加熱裝置配置於所述氣體噴出部與所述催化劑基板之間。
8.如權利要求7所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述加熱裝置配置於所述氣體噴出部的一端。
9.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，還包括:箱體，收容所述氣體噴出部，並至少收容與所述噴出的氣體相接觸的所述催化劑基板的區域。
10.如權利要求9所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，還包括連接於所述箱體的排氣裝置。
11.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，以卷對卷方式供應所述催化劑基板。
12.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述氣體噴出部在沿著一個方向移動的過程中噴出氣體。
13.一種石墨烯薄膜製造方法，包括如下步驟:得到含碳原料流體的供應，並將所述原料流體熱分解而以氣體狀態噴出；噴出的氣體與催化劑基板接觸而反應，其中，所述噴出的氣體與所述催化劑基板接觸的步驟包括對與所述噴出的氣體接觸的催化劑基板的區域進行局部加熱的步驟。
14.如權利要求13所述的石墨烯薄膜製造方法，其中，所述噴出的氣體與催化劑基板接觸而反應的步驟通過所述催化劑基板或所述氣體噴出部的移動而連續地執行。
15.如權利要求1所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，還包括: 冷卻部，配置為與所述氣體噴出部分離，用於使與所述噴出的氣體接觸的催化劑基板的區域在經過預定時間後得到冷卻。
16.如權利要求15所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述冷卻部通過冷卻氣體的注入或冷卻水的流動而執行冷卻。
17.如權利要求15所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，以卷對卷方式供應所述催化劑基板，並將所述冷卻部配置於所述催化劑基板的區域當中的、在以卷對卷方式移動所述催化劑基板時從所述氣體噴出部逐漸遠離的區域。
18.如權利要求17所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述冷卻部具有用於驅動所述催化劑基板的滾軸，而所述滾軸中有冷卻水流過。
19.如權利要求17所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，將所述冷卻部配置為與所述氣體噴出部錯開，以使所述催化劑基板經過對應於所述氣體噴出部的區域之後，彎折預定角度行進之後經過所述冷卻部。
20.如權利要求15所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述氣體噴出部做線性運動，所述冷卻部至少被配置於所述氣體噴出部的一側而與所述氣體噴出部一起運動。
21.如權利要求20所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述冷卻部與所述氣體噴出部之間配置有用於隔熱的隔壁。
22.如權利要求20所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，將所述隔壁形成為包圍所述氣體噴出部。`
23.如權利要求20所述的石墨烯薄膜製造裝置，其中，所述冷卻部配置於所述氣體噴出部的兩側。
24.如權利要求13所述的石墨烯薄膜製造方法，其中，在執行所述噴出的氣體與所述催化劑基板接觸的步驟之後，還包括使與所述噴出的氣體接觸的所述催化劑基板的區域冷卻的步驟。
【文檔編號】B01J19/18GK103534206SQ201280024034
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年3月14日 優先權日:2011年3月17日
【發明者】尹鍾赫 申請人:三星泰科威株式會社