一种二维材料异质膜制造装置

本发明涉及二维材料制造设备，具体涉及一种二维材料异质膜制造装置。

背景技术：

1、二维材料异质膜是指将两种不同的二维材料基于晶格匹配的原理，通过垂直于材料表面的层层叠加，形成新的薄膜材料结构。通过测量和计算，可以发现二维材料异质膜结构具有丰富的物理化学性质，如电学、光学、催化性能等。因此，在材料科学、纳米电子学等领域具有广泛的应用前景，受到了许多研究者的关注。方便实现低成本、低耗能、高效率地制造二维材料异质膜，设计制造一种造价低、耗能小、连续性高的用于制备二维材料异质膜的设备显得尤为重要，具有非常重要的实践运用价值。

2、当前，从事二维材料异质膜研发和生产的公司主要有first graphene ltd(第一石墨烯有限公司)、bruker(布鲁克公司)、graphenea(石墨烯公司)等公司。first grapheneltd公司制造的二维材料异质膜采用化学气相沉积、物理气相沉积、过渡金属氧化物沉积等方法，装置主要包括气相沉积装置、机械剥离装置、液相剥离装置、以及分散设备，firstgraphene ltd的二维异质结膜生产设备具有较高的处理效率和质量。一般来说，用热化学气相沉积(cvd)法可以制备出尺寸为数百微米至几毫米不等的大片二维材料，而机械剥离法制备的二维材料大小则取决于可用的原材料尺寸，并且它的能耗高、运维成本高等问题也制约着它的广泛应用；bruker公司生产二维材料异质膜的方法是基于化学气相沉积(cvd)和热蒸发技术，有多种生长技术选择，并可实现原子级精度。与first graphene ltd公司相似，bruker公司生产的二维材料异质膜大小会受到器械的限制，难以应用于较大尺寸的二维材料异质膜的生产，同时其二维材料异质膜的生产设备造价高，操作复杂，部分技术有生产环保问题。

3、但目前石墨烯膜和其他二维材料的规模化制备仍然具有一定的挑战，由于生长方法和设备的影响，其生产的二维材料异质膜的尺寸是有一定限制的。例如，对于新型的二维膜材料平面非均匀氧化石墨烯膜(phgom)，其具有近乎完美的抗盐性和高水通量，其中phgom膜的n-go区与p-go区的交汇处会形成异质结区，然而该交汇处不可控，导致二维膜的异质结区域的尺寸不可控。但是但目前市场上还未有企业研制专门的设备对此二维材料异质膜进行量产，造成膜的品质参差不齐，生产连续性低，这些问题制约着平面非均匀氧化石墨烯膜的批量化生产，导致phgom膜不能得到广泛运用。

4、为解决以上问题，本发明设计制造一种可连续大规模且兼容多种异质膜生产的二维材料异质膜生产装置，该发明适用于所有二维材料为液态的异质膜生产，并通过可拆卸、可定制的异质结形成腔，根据不同场景和需求实现二维材料异质膜多通道、扩大化、定制化生产；通过传送带及各结构的机械配合运动实现制取二维材料异质膜的连续稳定、自动化生产。同时，装置关键技术对设备的要求不高，关键部件易于维护和更换，设备制造成本和运维成本较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种二维材料异质膜制造装置，该二维材料异质膜制造装置能够可控地制备二维材料异质膜的各个尺寸，且能克服传统二维材料异质膜均匀性差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、提供一种二维材料异质膜制造装置，包括

4、传送带，所述传送带上设有加工异质膜的加工工位；

5、模框，所述模框位于所述加工工位的上方，所述模框被至少两个隔板分隔为多个框室，所述模框和所述隔板的底部压向所述加工工位的原料底膜；

6、喷液组件，所述喷液组件包括若干喷液头，所述若干喷液头分别连接至各个框室。

7、在一些实施方式中，所述传送带设于安装架上，所述传送带与所述安装架构成抽吸室，所述抽吸室连接第一真空泵，所述传送带的表面开设有滤水网孔。

8、在一些实施方式中，各框室注入电极液形成n-go区或p-go区，所述n-go区与所述p-go区相邻设置，各隔板的底面形成异质结区。

9、在一些实施方式中，还包括抽滤组件，所述抽滤组件与所述模框相对且分别位于所述传送带的两侧，所述抽滤组件包括漏斗，所述漏斗的扩张口与所述传送带的底面连接，所述漏斗的收窄口连接有第二真空泵；

10、所述第二真空泵通过集水瓶与所述收窄口连接。

11、在一些实施方式中，所述扩张口的边沿设有第一密封圈；

12、所述模框的底部周沿延伸出压板，所述压板底面的周沿设有第二密封圈。

13、在一些实施方式中，所述模框的相对两侧设有插槽，所述隔板的相对两个末端设有凸起，所述凸起与所述插槽配合。

14、在一些实施方式中，所述传送带的侧边设有第一滑轨，所述第一滑轨竖立设置，所述模框通过第一滑块滑动连接于所述第一滑轨上。

15、在一些实施方式中，所述传送带的侧边设有第二滑轨，所述第二滑轨沿传送带的传送方向延伸，所述第二滑轨设有第二滑块，所述第二滑块上设有导杆，所述导杆竖立设置，所述喷液组件滑动连接于所述导杆上。

16、在一些实施方式中，所述喷液组件包括安装杆，所述安装杆上固设有支架套，所述支架套插入若干注液头，若干所述注液头分别连接至各个框室，所述安装杆通过连接块滑动连接在所述导杆上。

17、在一些实施方式中，所述传送带的输出端设有加热板，所述加热板围设于所述传送带的上方。

18、本发明的二维材料异质膜制造装置的工作原理：

19、原料底膜先放置在传送带上，传送带将原料底膜传送到加工工位后，模框压向原料底膜，同时隔板的底部也压在原料底膜上，喷液组件在各框室注入构成二维材料的液体，根据参数控制二维材料的异质膜构成部分，而隔板的底部由于具有一定宽度且隔板的底部仅有压合作用，隔板根据压合面积控制交汇尺寸，并且确保相邻框室的交汇效果，使得无需沉积方法和机械剥离方法既能在原料底膜上构成所需的二维材料的异质膜，具有成本低的优点。

20、本发明一种二维材料异质膜制造装置的有益效果：

21、(1)本发明二维材料异质膜制造装置，其通过模框限定二维材料加工范围，由于隔板的底部压合在原料底膜上，因此隔板的底面尺寸能有效地限定各框室之间的交汇尺寸，实现可控异质结区域，避免传统生产工艺对异质膜大小的限制问题，并且通过设置隔板数量，能制备出双排或者多排异质结区域，进一步地提高了异质结区域的数量，提高了二维材料的异质膜质量；此外，通过对各框室的尺寸控制，也能有效地控制二维材料的异质膜各区域尺寸。

22、(2)本发明二维材料异质膜制造装置，其通过传送带运送原料底膜及各结构的机械配合运动实现连续制取二维材料异质膜工序的全自动化，使得原料底膜仅在传输过程即能实现各不同区间的制备，其结构简单，成本低，适合大规模生产应用；无需沉积法，有效地提高了。

技术特征：

1.一种二维材料异质膜制造装置，其特征是：包括

2.根据权利要求1所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：所述传送带设于安装架上，所述传送带与所述安装架构成抽吸室，所述抽吸室连接第一真空泵，所述传送带的表面开设有滤水网孔。

3.根据权利要求2所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：各框室注入电极液形成n-go区或p-go区，所述n-go区与所述p-go区相邻设置，各隔板的底面形成异质结区。

4.根据权利要求1所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：还包括抽滤组件，所述抽滤组件与所述模框相对且分别位于所述传送带的两侧，所述抽滤组件包括漏斗，所述漏斗的扩张口与所述传送带的底面连接，所述漏斗的收窄口连接有第二真空泵；

5.根据权利要求4所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：所述扩张口的边沿设有第一密封圈；

6.根据权利要求1所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：所述模框的相对两侧设有插槽，所述隔板的相对两个末端设有凸起，所述凸起与所述插槽配合。

7.根据权利要求1所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：所述传送带的侧边设有第一滑轨，所述第一滑轨竖立设置，所述模框通过第一滑块滑动连接于所述第一滑轨上。

8.根据权利要求1所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：所述传送带的侧边设有第二滑轨，所述第二滑轨沿传送带的传送方向延伸，所述第二滑轨设有第二滑块，所述第二滑块上设有导杆，所述导杆竖立设置，所述喷液组件滑动连接于所述导杆上。

9.根据权利要求8所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：所述喷液组件包括安装杆，所述安装杆上固设有支架套，所述支架套插入若干注液头，若干所述注液头分别连接至各个框室，所述安装杆通过连接块滑动连接在所述导杆上。

10.根据权利要求1所述的二维材料异质膜制造装置，其特征是：所述传送带的输出端设有加热板，所述加热板围设于所述传送带的上方。

技术总结本发明涉及二维材料制造设备技术领域，具体涉及一种二维材料异质膜制造装置。该二维材料异质膜制造装置包括传送带，所述传送带上设有加工异质膜的加工工位；模框，所述模框位于所述加工工位的上方，所述模框被至少两个隔板分隔为多个框室，所述模框和所述隔板的底部压向所述加工工位的原料底膜；喷液组件，所述喷液组件包括若干喷液头，所述若干喷液头分别连接至各个框室。该二维材料异质膜制造装置能够可控地制备二维材料的各个尺寸，且能克服传统二维材料的异质膜均匀性差的问题。技术研发人员：袁志山,郭维,邹炬,黄艺明,李晴川,郭瑞琦,文琪,王成勇受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18