一种石墨框及组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于在隧道炉中沉积石墨烯的石墨框，其整体呈中空的方形，其四个边框由石墨构成，其中两个相对的边框的内表面各设有数条插槽，且该两个边框中其中之一的内表面设有的每一个插槽都分别与另一个边框内表面设有的一个插槽相对应，所述插槽与石墨框底平面的夹角为10-90°且不包括90°。本实用新型还提供石墨框组件，包括所述石墨框、插板和任选的支撑件。本实用新型的石墨框为插槽式结构，可使金属基体的装样量大大提高；单个插板可沿插槽自由插取，操作方便；且该石墨框沉积的石墨烯具有良好的均匀性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种石墨框及组件，具体而言，涉及一种可用于沉积石墨烯的石 墨框及组件，该石墨框特别可用于高温隧道炉中。 一种石墨框及组件
【背景技术】
[0002] 石墨烯是一种由蜂窝状的单层碳原子组成的二维结构材料，具有良好的物理、化 学、电学等性能，在新能源、新材料和电子元器件等诸多领域有着广泛的应用前景。
[0003] 石墨烯的制备方法主要包括微机剥离法、外延法、氧化还原法和化学气相沉积法， 其中，化学气相沉积法可大规模批量化生长石墨烯，生产的石墨晶体结构相对完整，质量较 高，可用于透明电极、平板触摸屏等。化学气相沉积法的原理是将一种或多种气态物质导入 到一个反应室中发生化学反应，并在基底上沉积出一种材料。
[0004] 目前，应用化学气相沉积法原理的石墨烯连续化生产可采用设有自动传送装置的 高温隧道炉进行，其中将铜箔切成片状放置于传送带上传送进入沉积区沉积。该方法的缺 点在于，设备恒温区有效长度有限，单次沉积可容纳的铜箔片数量较少，沉积效率不高；直 接将铜箔放置在传送带上，在高温下，可能会造成少量微褶皱或粘连；铜箔直接放置在传送 带表面，沉积过程中铜箔表面气场可能会紊乱，从而影响石墨烯的均匀性。
[0005] 迄今，尚没有用化学气相沉积法在高温隧道炉内连续化生产石墨烯的专用石墨烯 装直。 实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种用于沉积石墨烯的石墨框 及组件。
[0007] 为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
[0008] -种石墨框，其中，该石墨框整体呈中空的方形，其四个边框由石墨构成，其中两 个相对的边框的内表面各设有数条插槽，且该两个边框其中之一的内表面设有的每一个 插槽都分别与另一个边框内表面设有的一个插槽相对应，所述插槽与石墨框底平面的夹角 为10-90°且不包括90°。
[0009] 在一个优选实施方案中，本发明的石墨框，其特征在于，相对应的每对插槽距离另 外两个相对的石墨框边框的距离相等。
[0010] 在一个优选实施方案中，本发明的石墨框，其特征在于，相对应的每对插槽形成的 平面之间是平行的。
[0011] 在一个优选实施方案中，本发明的石墨框，其特征在于，相邻两个插糟之间的距离 相同。
[0012] 在一个优选实施方案中，本发明的石墨框，其特征在于，所述插槽与石墨框底部平 面的夹角为45-90°且不包括90°。
[0013] 在一个优选实施方案中，本发明的石墨框，其特征在于，石墨框每个边框的底部均 带有突起，这些突起高度相同，构成平整的平面。
[0014] 在一个优选实施方案中，本发明的石墨框，其特征在于，所述石墨框的材料为高定 向热解石墨。
[0015] 本实用新型还提供一种用于沉积石墨烯的石墨框组件，包括前述石墨框和插板。 在一个优选实施方案中，所述石墨框组件还包括支撑件。
[0016] 在一个优选实施方案中，本发明的组件，其特征在于，还包括支撑件，该支撑件用 于支撑石墨框的底部，支撑件的上表面平整，而下表面平整或设有脚。
[0017] 在一个优选实施方案中，本发明的组件，其特征在于，还包括设于石墨框内部的隔 断板。
[0018] 在一个优选实施方案中，本发明的组件，其特征在于，其中所述石墨框和组件的材 料为商定向热解石墨。
[0019] 本实用新型的石墨框框体为立体插槽式结构，用于石墨烯的制备，尤其可用于设 有自动传送装置的高温沉积设备（例如高温隧道炉）的传送装置上。本实用新型的石墨框 与现有技术中"将铜箔切成片状直接放置于高温隧道炉的传送带上传送进入沉积区沉积" 的技术方案相比，可使金属基体的装样量大大提高；单个插板可沿插槽自由插取，操作方 便，易于沉积前后金属基体的装取。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本实用新型一个实施方案的石墨框及组件的立体图。
[0021] 图2为本实用新型一个实施方案的石墨框及组件的侧视图。
【具体实施方式】
[0022] 本实用新型的石墨框整体呈中空的方形，例如正方形或长方形，其四个边框由石 墨构成，其中两个相对的边框的内表面各设有数条插槽，且该两个边框中其中之一的内表 面设有的每一个插槽都分别与另一个边框内表面设有的一个插槽相对应，所述插槽与石墨 框底平面的夹角为10-90°且不包括90°。
[0023] 在本实用新型中，在描述所述石墨框时，"其中两个相对的边框的内表面各设有数 条相互平行的插槽，且该两个边框中其中之一的内表面设有的每一个插槽都分别与另一个 边框内表面设有的一个插槽相对应"是指相对的边框内表面中，相对应的一对插槽形成一 个平面。优选地，该相对应的每对插槽距离另外两个相对的石墨框边框的距离相等。
[0024] 在本实用新型中，相对应的每对插槽形成的平面之间优选是平行的。
[0025] 在一个更优选的实施方案中，每个相对应的一对插槽距离另外两个相对的石墨框 边框的距离相等且其形成的平面是平行的。
[0026] 在本实用新型中，对石墨框框体的尺寸，例如长度、宽度和高度没有具体限制，本 领域技术人员可以根据所需的石墨烯产量以及空间大小来设计符合需要的石墨框。在一个 示例性的实施方案中，该石墨框的长度为500-1000mm，优选600-800mm ;宽度为300-500mm， 优选350_450mm ;高度为150_250mm，优选150-200mm ;且石墨框边框的厚度为5_20mm，优选 8-10mm。
[0027] 所述插槽为在边框的内表面从边框的顶部至底部延伸但未完全贯穿边框底部的 槽状物，所述"延伸但未完全贯穿"是指插槽的底部与边框的底部距离l_5mm，这可确保插 板的稳固性以及防止插槽边缘的磨损。所述插槽的尺寸对于本实用新型不是决定性的，本 领域技术人员可以根据石墨框边框的尺寸来设计插槽的尺寸，例如，对于石墨框的长度为 500-1000mm，优选 600-800mm ;宽度为 300-500mm，优选 350-450mm ;高度为 150-250mm，优选 150-200mm ;且石墨框边框的厚度为5-20mm，优选8-10mm这一示例性的实施方案而言，插槽 的宽度为2_5mm，优选2_3mm，深度为2-10_，优选3_5mm。
[0028] 所述插槽与石墨框底部平面的夹角为10-90°且不包括90°，优选45-90°且不 包括90°。当该石墨框用在带有自动传送装置的高温隧道炉中时，由于沉积过程中气流流 过该石墨框，如果此夹角小于10°，一方面影响金属基体表面与气体流动方向的一致性，从 而破坏石墨烯的均匀性，另一方面装载的金属基底数量也会大大减少；如果等于90°，即 插糟垂直于底部平面，则会造成金属基体的滑落和褶皱，不利于形成表面均匀的石墨烯。
[0029] 各个插糟之间的距离可相同或不同，优选相同，例如插糟之间的距离可为l-10mm， 该距离对于本实用新型的效果无特别影响，本领域技术人员可根据石墨框的长度以及所需 石墨烯的产量来确定具体的间距。
[0030] 在一个实施方案中，石墨框每个边框的底部均带有突起，在这种情况下，石墨框的 高度包括突起的高度。这些突起高度相同，构成平整的平面，用于支撑整个石墨框。对突起 的数目、形状和高度不受具体限定，优选地，每个边框的底部带有相同数量的突起，并且对 称分布；突起可位于石墨框边框底部的任何位置，在一个具体的实施方案中，突起可位于每 个边框除端点外的地方或两个相邻边框的转角处，或二者结合，优选既位于每个边框除端 点外的地方也位于两个相邻边框的转角处。
[0031] 本实用新型还涉及用于沉积石墨烯的石墨框组件，包括前述的石墨框和插板。插 板为平板状，可以插入该石墨框的插糟内，该插板为在沉积石墨烯的过程中用于安放金属 基体的载体，插板的尺寸将随着插糟的尺寸而相应变化，条件是使插板与插糟之间保持合 适的摩擦力，以保证插板即可从插槽上自由插取且在插入过程中还能保持一定的稳定性， 即不随着操作过程中框体的晃动或气流冲击等而脱落。
[0032] 在本实用新型中，如果石墨框不具有上文所述的突起，则在本实用新型中，所述组 件还包括支撑件，用于支撑所述石墨框的底部。支撑件的上表面平整，可以支承石墨框，而 下表面可平整或设有脚，这样，当支撑件支撑该石墨框时，支撑件上表面与石墨框底部接 触，而支撑件下表面起负载石墨框及其内的插板、支撑件本身的作用。各支撑件的高度优 选一致，以构成平整平面；支撑件的数目、形状和大小不受具体限定。与上文对于"突起"描 述的一样，支撑件可位于石墨框边框底部的任何位置，在一个具体的实施方案中，支撑件可 位于每个边框除端点外的地方或两个相邻边框的转角处，或二者结合，优选既位于每个边 框除端点外的地方也位于两个相邻边框的转角处。
[0033] 在一个更优选的实施方案中，本实用新型的石墨框自身边框底部带有突起而不包 括所述支撑件。当然，如果不考虑带有突起的石墨框的形成工艺且为了更灵活地使用石墨 框，本实用新型的石墨框也可包括所述支撑件而不带有突起。
[0034] 在本实用新型中，"突起"和"支撑件"所起的效果相同，具体而言，在带有自动传 送装置的高温隧道炉中，该石墨框的框体通过其自身的底部突起或支撑件而与传送装置架 空，使得沉积过程中气流在金属基体表面一致，从而改善石墨烯的均匀性。所述石墨框的底 部突起或支撑件的大小、形状、数目和所处位置对本实用新型的效果无特别影响，只要其能 维持石墨框稳定且使石墨框与传送装置之间形成空隙即可。
[0035] 在一个具体的实施方案中，本实用新型的石墨框组件还包括隔断板，该隔断板设 于石墨框的内部，将石墨框分割成几个长条型平行的单元，从而实现若干石墨烯沉积的同 时进行；当设有隔断板时，所述石墨框与上文所述内部设有插糟的两个边框不同的另外两 个相对边框的内部设有相对应的插槽，用于隔断板的插入，并且，在这种情况下，隔断板的 两个外表面也同样设有插糟，此处关于插糟的具体描述与上文对于石墨框边框的描述相 同。所述隔断板的厚度略大于边框的厚度，即比边框的厚度厚8-15臟，优选10-15mm ;隔断 板的数量为1-6个，优选2-4个。
[0036] 在一个优选的实施方案中，本实用新型的石墨框的边框、插板和隔断板采用高定 向热解石墨（Highly Oriented Pyrolytic Graphite)为材料。高定向热解石墨是一种本领 域常用的高纯度碳材料，是热解石墨经高温高压处理后制得的一种碳材料，且易于加工，高 温稳定性能好，与金属基底在高温下不反应；其本身具有自润滑性，与金属基底在高温下不 发生粘连；其表面平整，沉积后金属基底表面平整，易于后续转移工艺；另外，高定向热解 石墨与石墨烯都为碳材料，作为金属基底载体可避免其他杂质元素的影响。
[0037] 本实用新型的石墨框可用在本领域已知的所有具有传送装置的高温沉积炉，优选 隧道炉中。本领域技术人员应理解，所述具有传送装置的高温沉积炉的炉腔截面应与所述 石墨框的整体结构相适应。
[0038] 下面参考附图对本实用新型的各实施方案进行描述，所述实施方案仅仅是对本实 用新型的示例性说明，并不旨在限制本实用新型的范围。在附图中，相同的参考标记表示相 同的组件。
[0039] 实施例1
[0040] 图1示例一种石墨框，整体呈中空的长方形，包括四个边框1，其中两个相对的边 框的内表面设有7个相互平行的插槽2,用于插板4的插入和取出；所述石墨框边框的底部 均匀分布有突起3,包括分别位于底部除端点外的等高的突起以及4个由相邻两个边框转 角处形成的突起，所述突起构成平整的平面，用于支撑整个石墨框；该石墨框还包括设于石 墨框的内部的3个隔断板，将石墨框分割成4个平行的单元。该石墨框的长度为700_ ;宽 度为400mm ;高度为180mm ;石墨框边框的厚度为6mm ;插槽的宽度为3mm，深度为3mm ;所述 隔断板的厚度为12mm ;该石墨框的边框1、插板4和隔断板3均由高定向热解石墨制成。
[0041] 图2为实施例1的石墨框的侧视图，其中插槽2与石墨框底部各突起形成的平面 之间的夹角Θ为70°。
[0042] 实施例2
[0043] 本实施例的组件包括的石墨框及插板与实施例1基本一样，不同在于，石墨框的 底部是平的，无突起。支撑件的形状与实施例1中石墨框的突起相同，分布也对应于突起在 石墨框底部的分布。由此，石墨框及插板的支撑由支撑件承担，并可以做到透风。
[0044] 本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领 域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但 只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
【权利要求】
1. 一种石墨框，其特征在于，该石墨框整体呈中空的方形，其四个边框由石墨构成，其 中两个相对的边框的内表面各设有数条插槽，且该两个边框其中之一的内表面设有的每一 个插槽都分别与另一个边框内表面设有的一个插槽相对应，所述插槽与石墨框底平面的夹 角为10-90°且不包括90°。
2. 权利要求1所述的石墨框，其特征在于，其中相对应的每对插槽距离另外两个相对 的石墨框边框的距离相等。
3. 权利要求1所述的石墨框，其特征在于，相对应的每对插槽形成的平面之间是平行 的。
4. 权利要求1所述的石墨框，其特征在于，相邻两个插糟之间的距离相同。
5. 权利要求1所述的石墨框，其特征在于，其中所述插槽与石墨框底部平面的夹角为 45-90°且不包括90°。
6. 权利要求1所述的石墨框，其特征在于，其中石墨框每个边框的底部均带有突起，这 些突起高度相同，构成平整的平面。
7. 权利要求1所述的石墨框，其特征在于，其中所述石墨框的材料为商定向热解石墨。
8. 石墨框组件，其特征在于，包括权利要求1所述的石墨框以及插板。
9. 权利要求8所述的组件，其特征在于，还包括支撑件，该支撑件用于支撑石墨框的底 部，支撑件的上表面平整，而下表面平整或设有脚。
10. 权利要求8所述的组件，其特征在于，还包括设于石墨框内部的隔断板。
11. 权利要求8所述的组件，其特征在于，其中所述石墨框和组件的材料为高定向热解 石墨。
【文档编号】C01B31/04GK203845824SQ201320868650
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】金虎, 刘志成, 彭鹏, 周振义, 张文国, 张志华 申请人:常州二维碳素科技有限公司