本发明涉及石墨烯的转移装置，具体为一种综合利用卷对卷技术和气体鼓泡插层技术连续转移大面积石墨烯的装置。该装置包括物料带、卷动送料装置、电解鼓泡装置、清洗装置、干燥装置、张紧力调节装置、卷动收料装置和控制系统，以卷对卷的方式连续转移石墨烯。该装置综合使用了卷对卷技术和气体鼓泡插层技术，实现了大面积石墨烯的卷绕式转移，同时初始基体可重复使用。本发明所述装置与多种转移介质膜兼容，适用于石墨烯与柔性基体的剥离和转移，也可用于将石墨烯转移到刚性基体表面。
1.一种卷对卷连续转移石墨烯的装置，其特征在于：包括物料带、卷动送料装置、电解鼓泡装置、清洗装置、干燥装置、张紧力调节装置、卷动收料装置和控制系统，以卷对卷的方式连续转移石墨烯；
物料带为生长有石墨烯的初始基体和石墨烯表面的覆膜；石墨烯的初始基体包括金属的箔或带；石墨烯为采用化学气相沉积方法生长的石墨烯或析出方法生长的石墨烯；表面的覆膜为转移石墨烯的介质膜或者石墨烯的柔性目标基体；
金属箔上生长的石墨烯表面粘结转移介质形成物料带，物料带的一端卷绕于送料辊上，物料带的另一端穿过负极伸至电解槽的电解液中正极上方，物料带经传动辊分开两部分：金属箔和石墨烯/转移介质；其中，金属箔卷绕于收料辊Ⅰ，在金属箔卷绕于收料辊Ⅰ的通道上依次设置清洗装置、干燥装置、张力调节辊；石墨烯/转移介质卷绕于收料辊Ⅱ，在石墨烯/转移介质卷绕于收料辊Ⅱ的通道上依次设置清洗装置、干燥装置、张力调节辊；
采用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜作为转移介质和目标基体，采用热熔胶乙烯-乙酸乙烯酯共聚物作为胶粘剂，利用CVD法在金属箔上生长单层石墨烯；利用热熔胶的粘结作用，将聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜压合在石墨烯表面，形成物料带；采用反转电动机的方式将物料带卷绕在送料辊表面，然后将物料带分开，依次穿过负极、传动辊、清洗装置、干燥装置、张力调节辊，分别将金属箔和聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜卷绕在收料辊Ⅰ和收料辊Ⅱ的表面；
张紧力调节装置包括张紧力调节辊和传感器，用于调节物料带的张紧力，以确保送料和收料同步；控制系统包括电源、温度控制器、转动装置的控制程序和设备，电源为装置中的转动装置、干燥装置和电解过程供电，温度控制器用于调节干燥装置的温度，控制程序和设备用于控制转动装置和张紧力调节装置。
2.按照权利要求1所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，其特征在于：卷动送料装置包括送料辊和转动装置，送料辊用于卷绕和输送物料带，转动装置用于提供转动的动力，其转速和方向由控制系统调节。
3.按照权利要求1所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，其特征在于：电解鼓泡装置包括电极、电解槽和传动轴，物料带与电极的负极连接，电解槽中存储电解液，电极的正极与电解液接触，正极和负极与电解电源连接；
电解液包括酸、碱、盐之一种或两种以上的水溶液，根据需要加入调节溶液表面张力、粘度性质的添加剂。
4.按照权利要求1所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，其特征在于：清洗装置采用冲刷、喷淋、浸泡和超声波清洗之一种或两种以上的方式对初始基体和石墨烯薄膜进行清洗，用于去除表面的附着物；清洗液包括水、有机溶剂和表面活性剂之一种或两种以上的组合。
5.按照权利要求1所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，其特征在于：干燥装置包括烘箱和风机干燥设备，对初始基体和石墨烯薄膜进行干燥。
6.按照权利要求1所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，其特征在于：卷动收料装置包括收料辊和转动装置，收料辊用于卷绕和收紧物料带，转动装置用于提供转动的动力，其转速和方向由控制系统调节。
7.按照权利要求1所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，其特征在于：采用传动辊实现物料带在不同部件之间的传送。
8.按照权利要求1所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，其特征在于：根据需要在收料辊之前加装其他转移装置，将覆膜表面的石墨烯转移到其它柔性或刚性的目标基体上。
一种卷对卷连续转移石墨烯的装置
技术领域:
[0001] 本发明涉及石墨烯的转移装置，具体为一种综合利用卷对卷技术和气体鼓泡插层技术连续转移大面积石墨烯的装置。背景技术:
[0002] 石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶体结构。石墨烯独特的晶体结构使它具有优异的电学、热学和力学性能，可望在多功能纳电子器件、透明导电膜、复合材料、催化材料等气体传感器等领域获得广泛应用。获得不同基体上的大面积、高质量石墨烯是实现上述应用的前提和基础。目前，CVD方法是可控制备大面积、高质量石墨烯的主要方法，相关工艺的发展也较为完善。然而，如何将CVD生长的大面积、高质量石墨烯高效转移到特定基体上仍然是制约石墨烯应用的瓶颈环节。因此，建立低成本、连续化的转移方法和装置对于推动石墨烯材料的规模化应用具有重要的作用和意义。
[0003] 中国发明专利(专利号ZL 201110154465.9)公开了一种低成本无损转移石墨烯的方法。该方法利用气体鼓泡插层的原理，实现了石墨烯与初始基体的无损剥离和转移，初始基体可以多次重复使用，大幅降低了石墨烯的转移成本。然而，目前缺少与该方法完全兼容的转移装置，限制了低成本无损转移技术在规模化转移石墨烯中的应用。发明内容:
[0004] 本发明的目的在于提供一种卷对卷连续转移石墨烯的装置，用于实现大面积石墨烯的低成本、连续化转移。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 一种卷对卷连续转移石墨烯的装置，包括物料带、卷动送料装置、电解鼓泡装置、清洗装置、干燥装置、张紧力调节装置、卷动收料装置和控制系统等部件，以卷对卷的方式连续转移石墨烯；
[0007] 物料带为生长有石墨烯的初始基体和石墨烯表面的覆膜；石墨烯的初始基体包括金属的箔或带；石墨烯为采用化学气相沉积方法生长的石墨烯或析出方法生长的石墨烯；表面的覆膜为转移石墨烯的介质膜或者石墨烯的柔性目标基体。
[0008] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，卷动送料装置包括送料辊和转动装置，送料辊用于卷绕和输送物料带，转动装置用于提供转动的动力，其转速和方向由控制系统调节。
[0009] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，电解鼓泡装置包括电极、电解槽和传动轴，物料带与电极的负极连接，电解槽中存储电解液，电极的正极与电解液接触，正极和负极与电解电源连接；
[0010] 电解液包括酸、碱、盐之一种或两种以上的水溶液，根据需要加入调节溶液表面张力、粘度等性质的添加剂。
[0011] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，清洗装置采用冲刷、喷淋、浸泡和超声波清洗之一种或两种以上的方式对初始基体和石墨烯薄膜进行清洗，用于去除表面的附着物；清洗液包括水、有机溶剂和表面活性剂之一种或两种以上的组合。
[0012] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，干燥装置包括烘箱和风机等干燥设备，对初始基体和石墨烯薄膜进行干燥。
[0013] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，张紧力调节装置包括张紧力调节辊和传感器，用于调节物料带的张紧力，以确保送料和收料同步。
[0014] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，卷动收料装置包括收料辊和转动装置，收料辊用于卷绕和收紧物料带，转动装置用于提供转动的动力，其转速和方向由控制系统调节。
[0015] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，控制系统包括电源、温度控制器、转动装置的控制程序和设备，电源为装置中的转动装置、干燥装置和电解过程供电，温度控制器用于调节干燥装置的温度，控制程序和设备用于控制转动装置和张紧力调节装置。
[0016] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，采用传动辊实现物料带在不同部件之间的传送。
[0017] 所述的卷对卷连续转移石墨烯的装置，根据需要在收料辊之前加装其他转移装置，将覆膜表面的石墨烯转移到其它柔性或刚性的目标基体上。
[0018] 本发明的特点及有益效果是：
[0019] 1.本发明所述装置综合使用了卷对卷技术和气体鼓泡插层技术，实现了大面积石墨烯的连续化、卷绕式转移，同时初始基体可重复使用，适用于石墨烯与柔性初始基体的剥离和转移。
[0020] 2.本发明所述装置与热释放胶带、压敏胶带、柔性目标基体等多种转移介质膜均可兼容，因此可以将石墨烯转移到柔性或者刚性基体表面。附图说明:
[0021] 图1为卷对卷连续转移石墨烯装置的构造示意图。
[0022] 图中，1物料带；2送料辊；3负极；4传动辊；5正极；6电解槽；7电解液；8清洗装置；9干燥装置；10张力调节辊；11收料辊Ⅰ；12收料辊Ⅱ；13控制系统；14热辊压机。具体实施方式:
[0023] 下面通过附图和实施例对本发明进一步详细描述。
[0024] 如图1所示，本发明卷对卷连续转移石墨烯的装置主要包括：物料带1、送料辊2、负极3、传动辊4、正极5、电解槽6、电解液7、清洗装置8、干燥装置9、张力调节辊10、收料辊Ⅰ11、收料辊Ⅱ12和控制系统13等，具体结构如下：
[0025] 金属箔上生长的石墨烯表面粘结转移介质形成物料带1，物料带1的一端卷绕于送料辊2上，物料带1的另一端穿过负极3伸至电解槽6的电解液7中正极5上方，物料带1经传动辊4分开两部分：金属箔和石墨烯/转移介质。其中，金属箔卷绕于收料辊Ⅰ11，在金属箔卷绕于收料辊Ⅰ11的通道上依次设置清洗装置8、干燥装置9、张力调节辊10；石墨烯/转移介质卷绕于收料辊Ⅱ12，在石墨烯/转移介质卷绕于收料辊Ⅱ12的通道上依次设置清洗装置8、干燥装置9、张力调节辊10。
[0026] 其中，正极5和与负极3连接的物料带1对电解液7中的水电解，在物料带1表面产生氢气，将石墨烯从金属箔表面剥离。控制系统13包括电源、温度控制器、转动装置的控制程序和设备，电源为装置中的转动装置、干燥装置和电解过程供电，温度控制器用于调节干燥装置的温度，控制程序和设备用于控制转动装置和张紧力调节装置。
[0027] 另外，采用热释放胶带和压敏胶带作为转移介质时，可在干燥装置9与收料辊Ⅱ12之间加装热辊压机14。
[0028] 实施例1：
[0029] 本实施例中，卷对卷连续转移石墨烯的方法如下：采用铜箔作为初始基体，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作为转移介质和目标基体，采用热熔胶(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)作为胶粘剂。利用CVD法在铜箔上(本实施例中，铜箔可以换成镍箔或其他可以生长石墨烯的金属箔)生长单层石墨烯。利用热熔胶的粘结作用，将PET薄膜压合在石墨烯表面，形成物料带1。采用反转电动机的方式将物料带1卷绕在送料辊2表面，然后将物料带分开，依次穿过负极3、传动辊4、清洗装置8、干燥装置9、张力调节辊10，分别将铜箔和PET薄膜卷绕在收料辊Ⅰ11和收料辊Ⅱ12的表面。
[0030] 转移过程中，开启送料辊2和收料辊(收料辊Ⅰ11、收料辊Ⅱ12)，使物料带以1～10cm/min的速度传送。同时，采用恒流模式在负极3和正极5上施加1安培的电流，对浸泡在电解液7中的物料带部分进行电解鼓泡剥离。电解液为1mol/L的NaOH水溶液，使用的容器为电解槽6，电解过程的操作温度在15～35℃。开启喷淋清洗8和干燥装置9，分别对剥离开的铜箔和单层石墨烯/PET薄膜进行清洗和干燥。清洗液为去离子水，干燥装置的温度设定为
60℃。干燥后的铜箔卷绕在收料辊Ⅰ11的表面，可用于再次CVD生长石墨烯。单层石墨烯/PET薄膜卷绕在收料辊Ⅱ12的表面，从而完成石墨烯的转移。为了转移多层石墨烯，采用单层石墨烯/PET作为转移介质，压合在石墨烯/铜箔表面，重复上述转移过程即可获得特定层数的多层石墨烯薄膜。
[0031] 实施例2：
[0032] 与实施例1不同之处在于，本实施例中，卷对卷连续转移石墨烯的方法如下：采用热释放胶带作为转移介质，并在干燥装置9与收料辊Ⅱ12之间加装热辊压机14。转移过程中，将得到的“石墨烯/热释放胶带”复合膜烘干后，首先经过热辊压机14，在120℃和0.1MPa条件下将石墨烯再转移到玻璃表面，剩余的热释放胶带卷绕到收料辊12的表面。
[0033] 实施例结果表明，本发明连续转移大面积石墨烯的装置，基于气体鼓泡插层原理转移石墨烯，并利用卷对卷技术实现连续化的转移，具有结构简单、转移效率高和转移成本低的突出特点。
