本發(fā)明涉及一種三維石墨烯生產方法，具體為一種低溫快速生長各種類型圖形化三維石墨烯的方法，隸屬電子生產技術和柔性器件制備領域。

背景技術：

石墨烯作為一種二維的單原子層原子晶體，具有高的電導率、大的比表面積、良好的機械性能及電化學性能。納米墻結構的碳材料具有垂直于基底生長的石墨片，高度開放的邊界結構以及豐富的邊緣位點，這種三維結構的石墨烯納米墻使石墨烯具有更高的比表面積、高的機械強度、更快的電子傳輸速率等，在電化學領域以及傳感器領域具有廣泛的應用前景。

基于石墨烯以及三維石墨烯的微電子器件等，都需要精確定位圖形化，目前對石墨烯進行圖形化的主要技術有：(1)先圖形化催化劑，生長得到圖形化的石墨烯以及三維石墨烯，然后轉移；(2)先轉移石墨烯以及三維石墨烯到器件襯底上，再通過光刻、刻蝕的方法，最終刻蝕出所需圖形，這種方法需要氧等離子體，會對石墨烯以及三維石墨烯造成損傷，并且轉移過程中有機溶劑對三維石墨烯的損傷也比較大，最后廢液的回收處理困難，很難制備優(yōu)良的產品；(3)利用模板壓印方法，這種方法需要制作不同的模板，制作工藝復雜，成本高；(4)對生長基底利用刻蝕等技術進行圖形化處理，這種技術流程復雜，且不利于大規(guī)模生產。通過以上各種方法圖形化后的三維石墨烯很難從生長基底上剝離，各種方法步驟較復雜且都需要通過加熱處理，不能夠直接快速制備，不利于產業(yè)化量產。

技術實現要素：

針對上述背景技術中的不足，本發(fā)明提出了一種低溫快速生長各種類型圖形化三維石墨烯的方法，該方法可以生長各種類型的圖形化三維石墨烯，并且簡單、高效、成本低、環(huán)保和產業(yè)化。

本發(fā)明提供一種低溫快速生長各種類型圖形化三維石墨烯的方法，該方法包括以下步驟：

(1)制作掩模板圖形：選用高熔點金屬板作為掩模板基材，利用機械加工技術或微納米加工技術在掩模板上制作掩模板圖形，掩模板圖形可為任意形狀；

(2)固定掩模板和生長基底：將圖形化后的掩模板覆蓋于生長基底上，并將兩者固定；

(3)低溫生長三維石墨烯：將固定后的掩模板和生長基底一同放置于微波CVD真空腔內，通入氫氣，氫氣流速為30-100sccm，再利用氬氣載入碳源，氬氣流速為100sccm，然后打開微波源，微波功率為0.5kw-5kw，壓強為10mbar-100mbar，無需加熱，最后開始沉積三維石墨烯，生長時間為2-30分鐘。

所述高熔點金屬板可以為銅板、鎳板或陶瓷材料。

所述機械加工技術可以為鑄造技術或模壓技術，所述微納米加工技術可以為激光直寫技術。

所述生長基底可以為硅基底、石英基底、銅板或鎳板。

所述碳源為同時含有SP³和SP²碳原子的有機化合物。

所述碳源為甲烷、乙醇或乙烯。

本發(fā)明提供的一種低溫快速生長各種類型圖形化三維石墨烯的方法，通過該方法可生長各種圖形化三維石墨烯，步驟簡單且無需進行加熱處理，適用于圖形化三維石墨烯的產業(yè)化生產，該方法還可應用于以三維石墨烯為功能單元的新型器件的生產中，其他二維三維材料等也可采用此方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種低溫快速生長各種類型圖形化三維石墨烯的方法流程圖。

圖2為實施例1中的掩模板圖形。

圖3為實施例1中低溫快速生長得到的圖形化三維石墨烯樣品。

圖4為實施例1中低溫快速生長得到的圖形化三維石墨烯電鏡下圖像。

圖5為實施例1中低溫快速生長得到的圖形化三維石墨烯拉曼圖譜。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細介紹本發(fā)明，但以下實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應包括權利要求的全部內容。

實施例一

本實施例提供一種低溫快速生長各種類型圖形化三維石墨烯的方法，該方法的流程圖如附圖1所示，具體步驟如下：

(1)制作掩模板圖形：選用6cm×6cm尺寸大小的銅板作為掩模板基材，利用鑄造技術在銅板上制作出如附圖2所示的長條狀掩模板圖形；

(2)固定掩模板和生長基底：選用尺寸大小同樣為6cm×6cm的硅基底，作為生長三維石墨烯的基底，并將圖形化后的掩模板覆蓋于生長基底上，將兩者固定；

(3)低溫生長三維石墨烯：將固定后的掩模板和生長基底放置于微波CVD真空腔內，用機械泵抽真空至壓強為10mbar，通入氫氣，氫氣流速為30sccm，然后利用氬氣載入碳源，碳源選用乙醇，氬氣流速為100sccm，打開微波源，微波功率為0.5kw，無需加熱，最后開始沉積三維石墨烯，生長時間為30分鐘，經低溫快速生長最后得到的圖形化三維石墨烯樣品如附圖3所示，得到的三維石墨烯在電鏡下的圖像如附圖4所示，拉曼圖譜如附圖5所示。

實施例二

本實施例提供一種低溫快速生長各種類型圖形化三維石墨烯的方法，該方法的流程圖如附圖1所示，具體步驟如下：

(1)制作掩模板圖形：選用5cm×5cm尺寸大小的鎳板作為掩模板基材，利用激光直寫技術在鎳板上制作出花瓣狀的掩模板圖形；

(2)固定掩模板和生長基底：選用5cm×5cm尺寸大小的石英基底作為生長三維石墨烯的基底，并將圖形化后的掩模板覆蓋于生長基底上，將兩者固定；

(3)低溫生長三維石墨烯：將固定后的掩模板和生長基底放置于微波CVD真空腔內，用機械泵抽真空至壓強為50mbar，通入氫氣，氫氣流速為80sccm，然后利用氬氣載入碳源，碳源選用甲烷，氬氣流速為100sccm，打開微波源，微波功率為3kw，無需加熱，最后開始沉積三維石墨烯，生長時間為15分鐘，經低溫快速生長最后得到的圖形化三維石墨烯。

實施例三

本實施例提供一種低溫快速生長各種類型圖形化三維石墨烯的方法，該方法的流程圖如附圖1所示，具體步驟如下：

(1)制作掩模板圖形：選用4cm×4cm尺寸大小的陶瓷材料作為掩模板基材，利用模壓技術在鎳板上制作出方形的掩模板圖形；

(2)固定掩模板和生長基底：選用4cm×4cm尺寸大小的銅板作為生長三維石墨烯的基底，并將圖形化后的掩模板置于生長基底上，將兩者固定；

(3)低溫生長三維石墨烯：將固定后的掩模板和生長基底放置于微波CVD真空腔內，用機械泵抽真空至壓強為100mbar，通入氫氣，氫氣流速為100sccm，然后利用氬氣載入碳源，碳源選用乙烯，氬氣流速為100sccm，打開微波源，微波功率為5kw，無需加熱，最后開始沉積三維石墨烯，生長時間為2分鐘，經低溫快速生長最后得到的圖形化三維石墨烯。

最后需要注意的是，本發(fā)明中的實例是為了幫助進一步理解本發(fā)明，本發(fā)明適用于其他二維、三維材料的圖形化處理，以及相關電子單元器件的圖形化制作工藝。本發(fā)明不應限于此發(fā)明公開的內容，本發(fā)明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。