用于合成高质量石墨烯的热处理设备的制作方法

本发明涉及用于合成高质量石墨烯的热处理设备，更详细地，涉及可更有效地在催化剂金属膜蒸镀石墨烯的用于合成高质量石墨烯的热处理设备。

背景技术

通常，石墨烯(graphene)为由碳以六边形的形态相连接来呈蜂窝形状的二维平面结构的物质，其厚度非常薄且透明，具有导电性非常大的特征。利用这种特征，试图将石墨烯适用于透明显示器或柔性(flexible)显示器。

以往的石墨烯膜的制备方法记载于韩国公开专利10-2012-0111659号(包含石墨烯的膜制备方法，2012年10月10日公开)。

在上述公开专利中记载了为了大量生产而以卷对卷(rolltoroll)方式沿着一个方向移送催化剂金属膜的同时形成石墨烯并在未形成石墨烯的催化剂金属膜的一面形成转印膜的步骤，并且对各个步骤所需的机构性结构进行了说明。

具体地，记载了用于卷绕并移送催化剂金属膜的卷绕辊及移送辊和通过向其催化剂金属膜供给碳供给气体来蒸镀石墨烯的石墨烯形成空间等。

但是，石墨烯的制造利用化学气相蒸镀(cvd)、热化学气相蒸镀(tcvd)、急速热化学气相蒸镀(rtcvd)等，为了可以使催化剂金属膜经过其石墨烯形成空间来连续地制造石墨烯，需要使石墨烯形成空间维持真空状态，但上述公开专利未提及这种技术结构。

若利用这种装置，则难以形成通过气相蒸镀形成的石墨烯，可充分预测到因异物的流入等而产生工序不良的问题。并且，蒸镀腔沿着水平放置，因此，存在蒸镀于蒸镀腔内的催化剂金属膜的石墨烯受损的可能性。

技术实现要素：

技术问题

考虑到上述问题的本发明所要解决的问题在于，提供可在以卷对卷方式制造石墨烯膜的制造装置中提高石墨烯的蒸镀效率的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的结构。

并且，本发明所要解决的另一问题在于，提供在防止所蒸镀的石墨烯受损的同时可有效地利用所供给的热量的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的结构。

解决问题的手段

为了解决如上所述的问题，本发明提供用于合成高质量石墨烯的热处理设备，包括：上部辊腔；蒸镀腔，与上述上部辊腔相连接来使石墨烯蒸镀于催化剂金属膜；以及下部辊腔，安装于上述蒸镀腔的下部，上述用于合成高质量石墨烯的热处理设备的特征在于，在上述上部辊腔设置有用于供给催化剂金属膜的供给辊及用于卷绕蒸镀有石墨烯的催化剂金属膜的卷绕辊，在上述下部辊腔设置有用于以从上述供给辊供给上述催化剂金属膜且在上述蒸镀腔蒸镀石墨烯并由上述卷绕辊进行卷绕的方式转换上述催化剂金属膜的方向的下部方向转换辊，上述蒸镀腔使从上述供给辊向上述下部方向转换辊移送的供给侧的催化剂金属膜和从上述下部方向转换辊向上述卷绕辊移送的排出侧的催化剂金属膜经过，在上述供给侧催化剂金属膜和上述排出侧催化剂金属膜的周围安装有加热部。

本发明的特征在于，上部辊腔包括：上部辊腔体；供给辊，设置于上述上部辊腔体的内侧，通过马达来进行驱动；第一方向转换辊，设置于上述供给辊的一侧来朝向下方转换从上述供给辊供给的催化剂金属膜的方向；中间辊，在上述第一方向转换辊的一侧与上述第一方向转换辊相接触并进行旋转，通过赋予摩擦力来使上述催化剂金属膜以规定量向下部方向转换辊供给，通过马达来进行驱动；第二方向转换辊，在上述中间辊的一侧与上述中间辊相接触并进行旋转，用于转换通过上述下部方向转换辊移送的催化剂金属膜的方向；以及卷绕辊，设置于上述第二方向转换辊的一侧来卷绕通过上述第二方向转换辊移送的催化剂金属膜，通过马达来进行驱动。上述中间辊从设置于上述上部辊腔体的外侧的马达接收驱动力来向上述供给辊和卷绕辊传递驱动力。并且，上述中间辊可接收冷却水来对上述催化剂金属膜进行冷却。

本发明的特征在于，蒸镀腔包括：蒸镀腔体，由上部板、下部板以及相邻的侧面板形成为一体；门部，形成于上述蒸镀腔体的一侧，以能够观察上述催化剂金属膜的面；加热部，包括加热器、加热器固定侧面板、屏蔽框架以及屏蔽器，上述加热器设置于上述蒸镀腔体的内侧且位于上述供给侧催化剂金属膜与上述排出侧催化剂金属膜之间，上述加热器固定侧面板附着于上述蒸镀腔体，用于固定上述加热器，上述屏蔽框架固定于上述加热器固定侧面板，上述屏蔽器设置于上述屏蔽框架并包围加热器的周围，用于反射及阻隔从上述加热器释放的热量。

并且，本发明的特征在于，在上述蒸镀腔体的下部板安装有多个辅助辊，上述多个辅助辊的上部与上述屏蔽框架的下部相接触，当从上述蒸镀腔体分离上述加热器固定侧面板时，与上述屏蔽框架相接触的上述辅助辊进行旋转来使上述加热部的分离变得容易。

并且，本发明的特征在于，在门的内侧形成有屏蔽器。

本发明的特征在于，屏蔽器包括：钼板，接近催化剂金属膜；以及不锈钢板，在上述钼板的后部面以规定间隔层叠有一个以上。

本发明的特征在于，下部辊腔包括：下部辊腔体；

下部方向转换辊，设置于上述下部辊腔体的内侧；以及

第一摩擦辊和第二摩擦辊，在上述下部方向转换辊的两侧相接触，以赋予在上述下部方向转换辊中转换方向的催化剂金属膜的方向及摩擦力。上述下部方向转换辊为可调节催化剂金属膜的张力的张力调节辊。

发明的效果

在本发明中，在上部辊腔形成有供给辊及卷绕辊，在下部辊腔形成有下部方向转换辊，从而可在蒸镀腔内在催化剂金属膜蒸镀多个石墨烯，因此，具有可提高蒸镀效率的优点。

并且，在本发明中，容易将蒸镀腔内的加热部从蒸镀腔体分离，因此，具有容易维护维修的优点。

并且，在本发明中，在蒸镀腔形成有门，因此，具有容易维护维修腔体内的优点。

并且，在本发明中，加热器位于催化剂金属膜之间，在催化剂金属膜的周围安装有屏蔽器，因此，具有容易阻隔及反射热量并可由此提高蒸镀所需的热效率的优点。

并且，在本发明中，可利用一个加热器蒸镀催化剂金属膜的两面，因此，具有可节约蒸镀所需费用的经济效果。

并且，在本发明中，供给辊和卷绕辊均位于上部辊腔内，因此，具有容易调节催化剂金属膜的张力的优点。

附图说明

图1为本发明优选实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的整体立体图。

图2为本发明优选实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的侧视图。

图3为本发明优选实施例的开放蒸镀腔的门的侧面立体图。

图4为从本发明的蒸镀腔中拆卸加热部的状态的立体图。

图5为去除本发明的蒸镀腔的门的状态的侧视图。

图6为去除本发明优选实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的一部分的立体图。

图7为本发明优选实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的内部辊的立体图。

具体实施方式

用于实施本发明的最佳实施方式如下。用于合成高质量石墨烯的热处理设备包括：上部辊腔；蒸镀腔，与上述上部辊腔相连接来使石墨烯蒸镀于催化剂金属膜；以及下部辊腔，安装于上述蒸镀腔的下部，上述用于合成高质量石墨烯的热处理设备的特征在于，在上述上部辊腔设置有用于供给催化剂金属膜的供给辊及用于卷绕蒸镀有石墨烯的催化剂金属膜的卷绕辊，在上述下部辊腔设置有用于以从上述供给辊供给上述催化剂金属膜且在上述蒸镀腔蒸镀石墨烯并由上述卷绕辊进行卷绕的方式转换上述催化剂金属膜的方向的下部方向转换辊，上述蒸镀腔使从上述供给辊向上述下部方向转换辊移送的供给侧的催化剂金属膜和从上述下部方向转换辊向上述卷绕辊移送的排出侧的催化剂金属膜经过，在上述供给侧催化剂金属膜和上述排出侧催化剂金属膜的周围安装有加热部。

本发明的实施方式

以下，参照附图对本发明的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的蒸镀腔进行详细说明。

图1为本发明优选实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的整体立体图，图2为本发明优选实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的侧视图，图3为本发明优选实施例的开放蒸镀腔的门的侧面立体图，图4为从本发明的蒸镀腔中拆卸加热部的状态的立体图，图5为去除本发明的蒸镀腔的门的状态的侧视图，图6为去除本发明优选实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的一部分的立体图，图7为本发明优选实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的内部辊的立体图。

图1为本发明实施例的用于合成高质量石墨烯的热处理设备的整体立体图。如图所示，用于合成高质量石墨烯的热处理设备1包括：上部辊腔10；蒸镀腔20，设置于上部辊腔10的下部；以及下部辊腔30，设置于蒸镀腔20的下部。

上部辊腔10的结构如下，即，包括：上部辊腔体101；供给辊驱动轴110，用于驱动设置于腔体101的外侧的供给辊102；中间辊驱动轴115，用于驱动设置于供给辊102的一侧的中间辊104；以及卷绕辊驱动轴112，用于驱动设置于中间辊104的一侧的卷绕辊106。在中间辊104的下部安装有马达107，马达107通过皮带109或链条与设置于中间辊104的驱动轴115的滑轮108相连接来进行驱动，在设置于中间辊的驱动轴115的另一滑轮中通过皮带111相连接来使供给辊驱动轴110进行驱动，并且，在设置于中间辊的驱动轴115的另一滑轮中通过皮带113相连接来使卷绕辊驱动轴112进行驱动。每个驱动轴可设置减速器来控制辊的旋转速度。为了对卷绕于卷绕辊106的催化剂金属膜进行冷却，中间辊104可设置有冷却单元。冷却单元为使冷却水朝向中间辊104的内侧循环来对催化剂金属膜进行冷却的方法，冷却水通过流入口114a流入并通过排出口114b排出。并且，在腔体101的前部面设置有门122。在门122形成有锁定把手121，因此，可容易进行开闭。

在蒸镀腔20中，在腔体201的相向的两侧设置有门部203，以能够观察腔体201和催化剂金属膜300面。门部203包括：门203a；锁定把手203d，用于开闭门203a；以及铰链203b，使门203a进行旋转。并且，在腔体201的一侧固定有可分离的加热器固定侧面板218。在需要维护维修的情况下，在去除用于固定加热器固定侧面板的螺纹之后，可将加热器固定侧面板218从腔体201取出。

下部辊腔30设置于蒸镀腔20的下部，在下部辊腔30设置有下部方向转换辊302。在下部辊腔30设置有腔体301和门部310，上述门部310形成于腔体301的一侧，用于对腔的内部的辊进行维护维修。门部310包括门311、锁定把手312以及铰链313，利用锁定把手312容易对门进行开闭，因此，可对内部的辊进行维护维修。在侧面形成有真空排气管320、321，上述真空排气管320、321与用于内部的真空排气的真空泵(未图示)相连接。

图2为本发明的用于合成高质量石墨烯的热处理设备1的侧视图。如图所示，上部辊腔10通过在腔体101附着多个结构而成，在腔体101的外侧附着有用于固定腔体101的固定凸缘120。

在蒸镀腔20设置有门部203，从而可对蒸镀腔20的内部进行维护维修。在门部203中，门203a、锁定把手203d、铰链203b以及用于固定门部203的门支撑板203c固定于腔体201，在门支撑板203c和门203a安装有铰链203b，从而可利用锁定把手203d对门进行开闭。

在下部辊腔30也设置有门部310。相同地，门部310包括门311、锁定把手312以及铰链313，铰链313可直接安装于腔体301，从而可利用锁定把手312来对门311进行开闭。

图3为在本发明的用于合成高质量石墨烯的热处理设备1中开闭蒸镀腔30的门部203的状态的立体图。如图所示，在上部辊腔10设置有门，可在门122附着锁定把手121来对门进行开闭，铰链123安装于腔体101和门122，从而可对门122进行开闭。

在蒸镀腔20的门部203的内侧设置有屏蔽器。屏蔽器包括：内侧屏蔽器205a、205b，设置于内侧；以及外侧屏蔽器204a、204b，设置于内侧屏蔽器205a、205b的外侧。在腔体的内侧的空间插入并固定加热部210。在加热部210中，除设置于门部203的屏蔽器之外的剩余部分设置屏蔽器。

图4示出从蒸镀腔20拆卸加热部210的状态。加热部210可从蒸镀腔20分离，因此可对加热器进行维护维修、容易进行加热器的更换等，从而具有增加作业性的优点。

加热部210包括：加热器211；加热器固定侧面板218，用于固定加热器；以及屏蔽器，固定于加热器固定侧面板218来包围加热器211的周围，屏蔽器固定于屏蔽器框架220a、220b、220c。屏蔽器框架220：220a、220b、220c由金属角状物形成，在金属角状物安装有除门部203侧的屏蔽器之外的屏蔽器。具体地，上部屏蔽器224：224a、224b、224c，下部屏蔽器225：225a、225b、225c，加热器固定侧面板218的前方的前方屏蔽器221、222：222a、222b、222c以及设置于加热器固定侧面板218的后方屏蔽器223：223a、223b、223c安装于屏蔽器框架220。在上部屏蔽器224和下部屏蔽器225沿着上下方向形成有用于使催化剂金属膜300经过的催化剂金属膜贯通孔226、227。在本发明中，催化剂金属膜在下部辊腔30中转换方向后再次经过蒸镀腔20，因此，催化剂金属膜贯通孔226、227需形成一对。

在加热器固定侧面板218形成有用于向内部注入工艺气体的工艺气体流入管215和冷却水流动管214。形成冷却水流动管214的目的在于，防止随着内部的热量向外部传递而造成操作人员受到烫伤等的损伤。冷却水流动管214由水平方向的冷却水供给管和垂直方向的冷却水排出管构成。并且，形成有用于真空排气的真空排气管219b。

在蒸镀腔20的内侧中，在下部板201b的上部设置有辅助辊240，以容易分离加热部210。辅助辊240设置有多个，从而容易分离加热部210。辅助辊240与屏蔽器框架的下部侧框架220b相接触并进行转动。

图5为加热部210被分离的状态下的侧视图。如图所示，加热器211固定于与电线连接件213相连接的加热端子212，加热端子212固定于端子支撑部216，端子支撑部216固定于加热器固定侧面板218。并且，为了阻隔加热器211的热量，绝缘托架217的一侧与屏蔽器223相连接且另一侧固定于加热器固定侧面板218。上述端子支撑部216可由不锈钢或石墨(graphite)杆形成，为了防止通电，需通过碳化硅(sic)进行绝缘。并且，绝缘托架217也由碳化硅形成，从而最大限度地绝缘及阻隔热传递。加热部210以1000～1500℃的温度对蒸镀腔的内部进行加热。优选地，加热部210通过接近催化剂金属膜300的前后部面来以1000～1500℃的温度对催化剂金属膜300进行加热。具体地，屏蔽器221、222、223、224、225由接近催化剂金属膜的钼板和在上述钼板的后部面以规定间隔层叠有一个以上的不锈钢板构成。并且，可使最外侧的不锈钢板朝向内侧或外侧弯曲来防止因热量引起的变形。代替钼板，还可使用与钼相同地具有高熔点(meltingpoint)的金属。

图6及图7为与内部的辊的结构有关的图。如图6所示，上部辊腔10的内侧包括：供给辊102；第一方向转换辊103，用于转换从供给辊102供给的催化剂金属膜300的方向；中间辊104，与第一方向转换辊103相接触，通过摩擦力供给催化剂金属膜；以及第二方向转换辊105，与中间辊104相接触，通过摩擦力向卷绕辊106供给催化剂金属膜。在中间辊104的两侧，第一方向转换辊103与第二方向转换辊105相接触并进行旋转，随着朝向一个方向进行旋转，在第一方向转换辊103侧朝向下方进行旋转，在第二方向转换辊105侧朝向上方进行旋转。为了对催化剂金属膜300进行冷却，可朝向中间辊104的内侧供给冷却水。冷却水通过冷却水流入口114a和冷却水流出口114b进行循环。第一方向转换辊103固定于安装在腔体101的第一支架116，第二方向转换辊105固定于安装在腔体101的第二支架117来进行旋转。因此，第一方向转换辊103和第二方向转换辊105不会自行驱动，而是通过中间辊104的旋转力进行旋转。因此，第一方向转换辊103和第二方向转换辊105通过摩擦力供给及排出催化剂金属膜。

图7为本发明的石墨烯的制造装置1的工作图。如图所示，通过供给辊102向蒸镀腔20侧供给在第一方向转换辊103转换方向的催化剂金属膜300，在蒸镀腔20中，第一次在供给侧的催化剂金属膜300蒸镀石墨烯，在进入安装于下部辊腔30的下部方向转换辊302之后被转换方向，并再次进入蒸镀腔20的内侧，排出侧的催化剂金属膜300获得再次被蒸镀石墨烯的机会，经过第一方向转换辊105在卷绕辊106被卷绕。因此，通过2次蒸镀使蒸镀效率最大化，可利用一个加热器进行2次蒸镀，因此，具有可节约作业时间并节减费用的效果。

在下部方向转换辊302的两侧以与供给侧相接触的方式安装有第一摩擦辊303，第二摩擦辊304以与排出侧相接触的方式安装，以能够顺畅地移送催化剂金属膜300。可在下部方向转换辊302安装张力调节装置307来向催化剂金属膜300施加最佳的张力。第一摩擦辊303被安装于下部辊腔30的第一摩擦辊支架305支撑，第二摩擦辊304被第二摩擦辊支架306支撑。

本发明并不限于上述实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不脱离本发明的技术主旨的范围内进行各种修改及变形。

产业上的可利用性

本发明涉及用于合成高质量石墨烯的热处理设备，具体地，涉及可更有效地在催化剂金属膜蒸镀石墨烯的用于合成高质量石墨烯的热处理设备，是一种产业上的可利用性高的发明。