本发明涉及一种石墨烯转移设备，包括上料装置、转移施压装置、成品回收装置和平台底盘，上料装置、转移施压装置和成品回收装置顺次连接，并分别通过上料装置连接座、平台侧壁、成品回收装置连接座与平台底盘连接；转移施压装置包括承压进给动力辊、主动施压辊、辊支承组件、施压组件和进给动力提供组件，施压组件和辊支承组件均有两组，辊支承组件用于对承压进给动力辊和主动施压辊提供支撑，施压组件用于对主动施压辊施加压力，进给动力提供组件用于对承压进给动力辊提供进给动力。本发明结构紧凑、简单，能够精确控制上、下辊间的压力值和平行度，提高了转移的精度和效率，降低了设备成本，为石墨烯的大规模应用提供了产业化的思路。
1.一种石墨烯转移设备，其特征在于，包括上料装置、转移施压装置、成品回收装置和平台底盘，所述上料装置、转移施压装置和成品回收装置顺次连接，并分别通过上料装置连接座、平台侧壁、成品回收装置连接座与所述平台底盘连接；
所述转移施压装置包括承压进给动力辊、主动施压辊、辊支承组件、施压组件和进给动力提供组件，所述施压组件和辊支承组件均有两组，分别位于所述主动施压辊和承压进给动力辊的两端，所述辊支承组件用于对承压进给动力辊和主动施压辊提供支撑，所述施压组件用于对所述主动施压辊施加压力，所述进给动力提供组件用于对所述承压进给动力辊提供进给动力；
所述上料装置包括上料装置支承座、铜膜上料板、PET膜上料滑轨机构，所述上料装置支承座设置在所述上料装置连接座上，所述铜膜上料板设置在所述上料装置支承座的上部，所述PET膜上料滑轨机构包括上料滑轨和上料滑块，所述上料装置支承座上在所述铜膜上料板的上侧固定有所述上料滑轨，所述上料滑轨在所述铜膜上料板两端对应的位置呈左右对称设置，所述两侧的上料滑轨之间设置有所述上料滑块，所述上料滑轨与上料滑块之间构成直线运动副。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述施压组件包括施压伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、与所述滚珠丝杠相配合的螺母、柔性轴承和拉压传感器，所述施压伺服电机设置在位于所述平台侧壁上端的支承平台上，所述滚珠丝杠通过所述联轴器与所述施压伺服电机相连接，所述螺母与所述柔性轴承连接，所述拉压传感器设置在所述柔性轴承上，所述柔性轴承与所述主动施压辊相连接，所述滚珠丝杠竖直放置，并位于所述施压伺服电机下方，所述平台侧壁上设置有滚珠丝杠安装座和滚珠丝杠轴承座。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述柔性轴承包括螺母固定部和传感器固定部，其中螺母固定部固定在所述螺母的下端，所述拉压传感器固定在所述传感器固定部，所述传感器固定部与所述主动施压辊轴承座相连接。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述辊支承组件包括承压进给动力辊轴承座和主动施压辊轴承座，所述承压进给动力辊轴承座固定在所述平台底盘上，所述承压进给动力辊轴承座上端设置有通透凹槽，所述通透凹槽包括一倾斜侧壁，所述主动施压辊轴承座配置在所述通透凹槽内。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述主动施压辊轴承座的一侧面和所述通透凹槽的倾斜侧壁之间设置有楔形的轴承座压紧块，所述轴承座压紧块的窄端插入到所述通透凹槽底部，所述轴承座压紧块的倾斜面与所述承压进给动力辊轴承座上的所述通透凹槽的倾斜侧壁之间形成滑动副。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述主动施压辊轴承座两侧分别设置有一个滚柱滑动块，其中一个滚柱滑动块与所述凹槽的一侧面连接，另外一个滚柱滑动块和所述轴承座压紧块的与所述倾斜面相对的垂直面固定连接，所述主动施压辊轴承座被夹紧在两个滚柱滑动块之间。
7.根据权利要求5所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述轴承座压紧块上设置有调整螺钉。
8.根据权利要求2所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述进给动力提供组件包括进给伺服电机、同步带轮、传动轴，所述进给伺服电机通过同步带与设置在所述传动轴上的所述同步带轮连接，所述传动轴与所述承压进给动力辊通过联轴器连接。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述上料滑块上设置有能将PET衬底吸附在所述上料滑块上的真空吸盘。
10.根据权利要求1所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述铜膜上料板上设置有铜膜上料姿态控制滑块、铜膜定位块、定位标准块，所述铜膜定位块有两块，分别沿铜膜进给方向设置在所述铜膜上料板两侧边缘，所述铜膜定位块上设置有卡槽，所述卡槽与所述定位标准块构成沿铜膜进给方向的直线运动副；所述铜膜上料姿态控制滑块设置在所述铜膜上料板上。
11.根据权利要求1所述的一种石墨烯转移设备，其特征在于，所述成品回收装置包括回收装置支撑座和成品回收板，所述成品回收板设置在所述回收装置支撑座上端，所述回收装置支撑座设置在所述成品回收装置连接座上，所述成品回收装置连接座与所述平台底盘连接在一起。
一种石墨烯转移设备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种石墨烯转移设备。
背景技术
[0002] 石墨烯由于其高性能、低成本等特点，具有非常广泛的应用前景，因而引起了国内外科研工作者的广泛关注。由于受到目前制备工艺的制约，很难在铜以外的基材上高速、低缺陷的生长单层、大面积的石墨烯，但是铜作为一种导电、非透明性基材，还不能用在最终的应用型产品中，所以如何将生长在铜基材薄膜上的石墨烯转移到其他柔性、非导电、高弹性的基材薄膜上，就成为了限制石墨烯广泛应用的瓶颈，是亟待解决的关键技术。
[0003] 卷对卷辊压技术，由于其具有低成本、高效率、高速度、连续性好等优点，在炼钢、造纸、印刷等工业生产中早已经得到广泛的应用，微纳制造领域的科研工作者甚至构思利用卷对卷辊压技术来实现微纳结构的转移。在卷对卷辊压的过程中，上、下辊之间的平行度一直是相关领域亟待解决的技术瓶颈，将直接影响到产品的质量和该技术的推广。
[0004] 发明专利CN102656016A公开了石墨烯卷对卷转印装置，该装置通过辊系将金属基材上生长的石墨烯薄膜转移到其他柔性衬底上，但是现有技术中，由于石墨烯需要1000℃的真空高温条件下生长，已经非常接近于铜的熔点，无法在成卷的铜基材上通过连续生长的方式得到石墨烯薄膜，所以往往得到的是一片一片零散的生长有石墨烯的铜薄膜，而且石墨烯的生长需要几十分钟，是一个慢速的过程，而将石墨烯从铜衬底转移到其他柔性衬底(PET)上只需要几十秒，是一个快速的过程，该装置将生长于转移耦合在一起，不利于提高生产效率，而且不利于块状产品的转移；在转印过程中，转印辊之间的压力场、平行度均无法调节，无法保证转印的均匀性。
发明内容
[0005] 本发明的目的提供一种石墨烯转移设备，解决现有技术中存在的上述问题。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种石墨烯转移设备，包括上料装置、转移施压装置、成品回收装置和平台底盘，所述上料装置、转移施压装置和成品回收装置顺次连接，并分别通过上料装置连接座、平台侧壁、成品回收装置连接座与所述平台底盘连接；
[0007] 所述转移施压装置包括承压进给动力辊、主动施压辊、辊支承组件、施压组件和进给动力提供组件，所述施压组件和辊支承组件均有两组，分别位于所述主动施压辊和承压进给动力辊的两端，所述辊支承组件用于对承压进给动力辊和主动施压辊提供支撑，所述施压组件用于对所述主动施压辊施加压力，所述进给动力提供组件用于对所述承压进给动力辊提供进给动力；
[0008] 所述上料装置包括上料装置支承座、铜膜上料板、PET膜上料滑轨机构，所述上料装置支承座设置在所述上料装置连接座上，所述铜膜上料板设置在所述上料装置支承座的上部，所述PET膜上料滑轨机构包括上料滑轨和上料滑块，所述上料装置支承座上在所述铜膜上料板的上侧固定有所述上料滑轨，所述上料滑轨在所述铜膜上料板两端对应的位置呈左右对称设置，所述两侧的上料滑轨之间设置有所述上料滑块，所述上料滑轨与上料滑块之间构成直线运动副。
[0009] 进一步，所述施压组件包括施压伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、与所述滚珠丝杠相配合的螺母、柔性轴承和拉压传感器，所述施压伺服电机设置在位于所述平台侧壁上端的支承平台上，所述滚珠丝杠通过所述联轴器与所述施压伺服电机相连接，所述螺母与所述柔性轴承连接，所述拉压传感器设置在所述柔性轴承上，所述柔性轴承与所述主动施压辊相连接，所述滚珠丝杠竖直放置，并位于所述施压伺服电机下方，所述平台侧壁上设置有滚珠丝杠安装座和滚珠丝杠轴承座。
[0010] 进一步，所述柔性轴承包括螺母固定部和传感器固定部，其中螺母固定部固定在所述螺母的下端，所述拉压传感器固定在所述传感器固定部，所述传感器固定部与所述主动施压辊轴承座相连接。
[0011] 进一步，所述辊支承组件包括承压进给动力辊轴承座和主动施压辊轴承座，所述承压进给动力辊轴承座固定在所述平台底盘上，所述承压进给动力辊轴承座上端设置有通透凹槽，所述通透凹槽包括一倾斜侧壁，所述主动施压辊轴承座配置在所述通透凹槽内。
[0012] 进一步，所述主动施压辊轴承座的一侧面和所述通透凹槽的倾斜侧壁之间设置有楔形的轴承座压紧块，所述轴承座压紧块的窄端插入到所述通透凹槽底部，所述轴承座压紧块的倾斜面与所述承压进给动力辊轴承座上的所述通透凹槽的倾斜侧壁之间形成滑动副。
[0013] 进一步，所述主动施压辊轴承座两侧分别设置有一个滚柱滑动块，其中一个滚柱滑动块与所述凹槽的一侧面连接，另外一个滚柱滑动块和所述轴承座压紧块的与所述倾斜面相对的垂直面固定连接，所述主动施压辊轴承座被夹紧在两个滚柱滑动块之间。
[0014] 进一步，所述轴承座压紧块上设置有调整螺钉。
[0015] 进一步，所述进给动力提供组件包括进给伺服电机、同步带轮、传动轴，所述进给伺服电机通过同步带与设置在所述传动轴上的所述同步带轮连接，所述传动轴与所述承压进给动力辊通过联轴器连接。
[0016] 进一步，所述上料滑块上设置有能将PET衬底吸附在所述上料滑块上的真空吸盘。
[0017] 进一步，所述铜膜上料板上设置有铜膜上料姿态控制滑块、铜膜定位块、定位标准块，所述铜膜定位块有两块，分别沿铜膜进给方向设置在所述铜膜上料板两侧边缘，所述铜膜定位块上设置有卡槽，所述卡槽与所述定位标准块构成沿铜膜进给方向的直线运动副；所述铜膜上料姿态控制滑块设置在所述铜膜上料板上。
[0018] 进一步，所述成品回收装置包括回收装置支撑座和成品回收板，所述成品回收板设置在所述回收装置支撑座上端，所述回收装置支撑座设置在所述成品回收装置连接座上，所述成品回收装置连接座与所述平台底盘连接在一起。
[0019] 本发明的有益效果是：本发明提供了一种石墨烯转移设备，能够将铜基材上的石墨烯转移到柔性PET基材上，结构紧凑、简单，智能化、自动化的施压装置能够精确控制上、下辊间的压力值和平行度，提高了转移的精度和效率，并将石墨烯的生长和转移分开实现，有利于提高转移的效率，降低了设备成本，为石墨烯的大规模应用提供了产业化的思路。
附图说明
[0020] 图1为本发明一种石墨烯转移设备的结构示意图；
[0021] 图2为本发明一种石墨烯转移设备的柔性轴承的结构示意图；
[0022] 图3为本发明一种石墨烯转移设备的施压装置的结构示意图；
[0023] 图4为本发明一种石墨烯转移设备的上料装置的结构示意图；
[0024] 图5为本发明一种石墨烯转移设备的辊支承组件的结构示意图。
[0025] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0026] 1、平台底盘，2、平台侧壁，3、支承平台，4、回收装置支撑座，11、上料装置连接座，12、上料装置支承座，13、铜膜上料姿态控制滑块，14、铜膜上料板，16、铜薄膜定位块，17、定位标准块，21、上料滑块，22、真空吸盘，23、上料滑轨，30、主动施压辊轴承座，3101、左侧滚柱滑动块，3102、右侧滚柱滑动块，32、轴承座压紧块，3201、调整螺钉，33、承压进给动力辊轴承座，40、同步带轮，4001、同步带轮轴承座，4002、传动轴，41、承压进给动力辊，42、主动施压辊，43、施压伺服电机，44、拉压传感器，46、联轴器，48、柔性轴承，4801、螺母固定部，
4802、传感器固定部，49、滚珠丝杠，4901、螺母，4902、滚珠丝杠安装座，4903、滚珠丝杠轴承座，51、成品回收装置连接座，52、回收装置支撑座，53、成品回收板。
具体实施方式
[0027] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0028] 如图1、图3所示，一种石墨烯转移设备，包括上料装置、转移施压装置和成品回收装置，所述上料装置、转移施压装置和成品回收装置分别通过上料装置连接座11、平台侧壁2、成品回收装置连接座51与平台底盘1连接。
[0029] 所述转移施压装置通过位于石墨烯转移设备两侧的平台侧壁2与平台底盘1连接，包括承压进给动力辊41、主动施压辊42、施压组件、辊支承组件和进给动力提供组件。所述平台侧壁2的顶端设置有支承平台3，所述施压组件、辊支承组件均有两组，分别位于主动施压辊42和承压进给动力辊41的两端，所述施压组件用于对主动施压辊42施加压力；所述辊支承组件用于对承压进给动力辊41和主动施压辊42提供支撑；所述进给动力提供组件用于对承压进给动力辊41提供进给动力。
[0030] 下面以两组施压组件中的一组为例进行介绍，所述施压组件包括施压伺服电机43、联轴器46、滚珠丝杠49、与所述滚珠丝杠49相配合的螺母4901、柔性轴承48和拉压传感器44，所述施压伺服电机43设置在位于所述平台侧壁2上端的支承平台3上，所述滚珠丝杠49竖直放置，位于所述施压伺服电机43下方，所述滚珠丝杠49通过联轴器46与所述施压伺服电机43相连接，所述螺母4901与柔性轴承48连接，所述拉压传感器44设置在柔性轴承48上，所述平台侧壁2上设置有滚珠丝杠安装座4902和滚珠丝杠轴承座4903。所述柔性轴承48与所述主动施压辊42的轴承座30相连接。优选的，如图2所示，所述柔性轴承48包括螺母固定部4801和传感器固定部4802，其中螺母固定部4801固定在所述螺母
4901的下端，所述拉压传感器44固定在所述传感器固定部4802，该传感器固定部与所述主动施压辊42的轴承座30相连接。该施压组件设置在所述主动施压辊42的一端，另外一组施压组件设置在主动施压辊42的另外一端，两组施压组件配合的作用于主动施压辊42。
[0031] 如图5所示，所述辊支承组件包括承压进给动力辊轴承座33和主动施压辊轴承座30，所述承压进给动力辊轴承座33固定设置在所述平台底盘1上，所述主动施压辊轴承座
30位于所述承压进给动力辊轴承座33上方，所述承压进给动力辊轴承座33上端设置有通透凹槽，所述通透凹槽包括一倾斜侧壁，所述主动施压辊轴承座30配置在该凹槽内，并且在该主动施压辊轴承座30的一侧面和所述通透凹槽的倾斜侧壁之间设置有楔形的轴承座压紧块32，该楔形轴承座压紧块32的窄端插入到凹槽底部，其倾斜面与承压进给动力辊轴承座33上的通透凹槽的倾斜侧壁之间形成滑动副；在所述主动施压辊轴承座30两侧分别设置有左侧滚柱滑动块3101和右侧滚柱滑动块3102，所述左侧滚柱滑动块3101与所述凹槽左侧面连接，所述右侧滚柱滑动块3102和所述轴承座压紧块32的与倾斜面相对的垂直面固定连接，所述主动施压辊轴承座30被夹紧在所述左侧滚柱滑动块3101和右侧滚柱滑动块3102之间，并与所述左侧滚柱滑动块3101和右侧滚柱滑动块3102均构成滚动副，由此限制了主动施压辊轴承座30的沿图4所示的X轴方向的移动、Y轴方向的旋转、Z轴方向的旋转3个自由度的运动。所述轴承座压紧块32上设置有调整螺钉3201，用来调节所述轴承座压紧块32插入凹槽的深度，从而来调整左侧滚柱滑动块3101、右侧滚柱滑动块3102和主动施压辊轴承座30之间的配合间隙。
[0032] 如图1、3所示，进给动力提供组件包括进给伺服电机、同步带轮40、传动轴4002，所述进给伺服电机通过同步带与设置在传动轴4002上的同步带轮40连接，所述传动轴4002与所述承压进给动力辊41通过联轴器连接，位于所述传动轴4002两端的同步带轮轴承座4001用来对所述传动轴4002提供支撑。
[0033] 如图4所示，所述上料装置包括上料装置支承座12、铜膜上料板14、PET膜上料滑轨机构，所述上料滑轨机构包括上料滑轨23和上料滑块21，所述上料装置支承座12设置在所述上料装置连接座11上，所述上料装置通过该上料装置连接座11与所述平台底盘1之间通过间隙配合，并由螺钉连接；所述铜膜上料板14放置在所述支承座12上部，所述铜膜上料板14上设置有铜膜上料姿态控制滑块13、铜薄膜定位块16和定位标准块17，所述铜薄膜定位块16有两块，分别沿铜膜进给方向设置在所述铜膜上料板14两侧边缘，铜薄膜定位块16设计有卡槽，该卡槽与定位标准块17以滑动模式构成直线运动副。上料装置支承座12上在所述铜膜上料板14的上侧还固定有上料滑轨23，该上料滑轨23在所述铜膜上料板14两端对应的位置呈左右对称设置，在两侧的上料滑轨23之间设置有上料滑块21，上料滑轨23与上料滑块21之间构成直线运动副，所述上料滑块21上还设置有固定PET膜用的真空吸盘22。
[0034] 如图1所示，所述成品回收装置包括回收装置支撑座52和成品回收板53，所述成品回收板53设置在所述回收装置支撑座52上端，所述回收装置支撑座52设置在所述成品回收装置连接座51上，所述成品回收装置连接座51与所述平台底盘1连接在一起。
[0035] 设备安装阶段，通过调节轴承座压紧块32上的调整螺钉3201，使得轴承座压紧块32沿着承压进给动力辊轴承座33上的凹槽倾斜壁滑动，从而带动主动施压辊轴承座30能够沿着图4所示的X轴微调，将其放在安装平台上，利用分度计进行调节，将两辊的平行度控制在3um左右。
[0036] 工作时，首先将生长有石墨烯的铜薄膜平整的铺在铜膜上料板14上，在定位标准块17上左右移动铜薄膜定位块16，调整铜薄膜在铜膜上料板14上的姿态，尽量让铜薄膜方方正正地铺在铜膜上料板14上，然后将铜膜上料姿态控制滑块13压在铜薄膜的尾端，在转移过程中，铜薄膜在进给拉力的作用下以一定的速度拽着铜膜上料姿态控制滑块13一起在铜膜上料板14上滑动，适当控制铜膜上料姿态控制滑块13的重量，既不会将铜薄膜撕裂，也能让铜薄膜保持良好的姿态和平整性，防止铜薄膜翘曲。
[0037] 然后将PET衬底的尾端通过真空吸盘22固定在上料滑块21上，在进给拉力的作用下，PET衬底将拖着上料滑块21一起沿着PET膜上料滑轨23滑动，这个过程中产生了一个与PET薄膜前进方向相反的摩擦力，该摩擦力有利于保证PET薄膜在转移过程中的姿态和平整性，防止在进入施压转移装置前与石墨烯接触而产生气泡。
[0038] 在转移过程中，进给伺服电机以设定的速度恒速带动承压进给动力辊41转动，施压伺服电机43、拉压传感器44构成全闭环，并且与柔性轴承48构成双压力调节系统，实现了对施加在主动施压辊42和承压进给动力辊41之间压力的控制。
[0039] 当来料不均匀时，柔性轴承48能够吸收一部分的振动噪音，被动调节左右侧压力值，而且在位移驱动法控制压力过程中，还能起到放大位移的作用，提高了压力的控制精度；当来料不均匀时，左、右侧拉压传感器44反馈的差值超过设定的阈值时，分别控制左侧和右侧的施压伺服电机43，就能够使得主动施压辊42在图4所示的YOZ平面内绕着X轴旋转，从而不仅实现了对主动施压辊42和承压进给动力辊41之间压力均匀性分布的精确控制，也保证了主动施压辊42和承压进给动力辊41在YOZ平面内沿Z轴方向的平行度。
[0040] 完成转移后的铜衬底-石墨烯-PET衬底构成的薄膜成品由成品回收装置收集。
[0041] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
