一種強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度的石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度的石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由碳的單個(gè)原子層構(gòu)成的二維材料石墨烯，其電子能帶在費(fèi)米能級(jí)附近呈線性的色散關(guān)系，電子行為表現(xiàn)出相對(duì)論性粒子的性質(zhì)。石墨烯在電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等方面具備優(yōu)異的性質(zhì)，使它在微電子、光電子、能量存儲(chǔ)、分子探測(cè)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)石墨烯的應(yīng)用而發(fā)展了多種制備方法，其中，化學(xué)氣相沉積(CVD)制備石墨烯具有大面積、高質(zhì)量的特點(diǎn)而受到重視。然而，由于石墨烯只有單層或者少數(shù)原子層厚度，單層石墨烯對(duì)可見(jiàn)光的吸收只有2.3%，使得光-石墨烯之間的相互作用十分微弱，極大地影響了石墨烯在光電子器件當(dāng)中的應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)石墨烯而言，拉曼光譜在石墨烯的研宄中發(fā)揮著重要的作用，拉曼光譜可以被用來(lái)鑒別石墨烯的層數(shù)和堆垛次序，探測(cè)石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，檢測(cè)石墨烯電學(xué)摻雜的類型和濃度，表征石墨烯中的缺陷和應(yīng)力，測(cè)定高摻雜石墨烯的費(fèi)米能級(jí)等等。因此提高石墨烯拉曼光譜的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)于石墨烯的研宄具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的石墨烯與光的相互作用很弱，其拉曼散射強(qiáng)度不高的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度的石墨烯的制備方法，極大提高石墨烯與光的相互作用。
[0004]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度的石墨烯的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)制備有序Au納米結(jié)構(gòu)；
[0007](2)制備石墨烯薄膜；
[0008](3)將石墨稀薄膜轉(zhuǎn)移到Au納米結(jié)構(gòu)的表面。
[0009]步驟(I)所述制備有序Au納米結(jié)構(gòu)，具體為:
[0010](1-1)在5102或Si襯底上采用提拉法組裝單層聚苯乙烯微球；
[0011](1-2)在聚苯乙烯微球上采用磁控濺射沉積一層Au薄膜；
[0012](1-3)在甲苯中超聲去除聚苯乙烯微球，形成有序Au納米結(jié)構(gòu)。
[0013]步驟(1-1)中采用提拉法組裝單層聚苯乙烯微球，提拉速率為300?600 ym/s。
[0014]步驟(1-2)所述在聚苯乙烯微球上采用磁控濺射沉積一層Au薄膜，具體參數(shù)為:
[0015]襯底溫度為200?500°C，工作氣體為高純Ar，生長(zhǎng)室內(nèi)壓強(qiáng)為IPa，濺射功率為60W，沉積時(shí)間為10?30min。
[0016]步驟(1-3)所述超聲，具體為:超聲功率Pj3 5W，超聲時(shí)間T 3為20?50min。
[0017]步驟(2)所述制備石墨烯薄膜，具體為:
[0018]采用化學(xué)氣相沉積在銅箔上制備石墨烯薄膜，生長(zhǎng)過(guò)程中采用甲烷作為前軀體，生長(zhǎng)氣氛是氫氣和氬氣的混合氣體，混合比例為1:1，生長(zhǎng)過(guò)程中的生長(zhǎng)溫度為950?1050°C，生長(zhǎng)時(shí)間為5?15分鐘。
[0019]步驟(3)所述將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到Au納米結(jié)構(gòu)的表面，具體為:
[0020]在石墨烯薄膜表面旋涂PMMA，采用FeCl3S液腐蝕掉銅箔，隨后采用濕法轉(zhuǎn)移將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到有序Au納米結(jié)構(gòu)的表面，采用丙酮和乙醇交替清洗去除掉石墨烯薄膜表面的PMMA。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0022](I)本發(fā)明的強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度的石墨烯，通過(guò)將石墨烯薄膜覆蓋在Au納米結(jié)構(gòu)表面，利用Au局域表面等離激元與石墨烯的相互耦合可以極大提高石墨烯與光的相互作用，其原理為:當(dāng)入射激光的能量與Au局域表面等離激元共振峰的能量位置接近，此時(shí)入射激光會(huì)激發(fā)Au局域等離激元共振，在Ag納米顆粒周圍會(huì)形成強(qiáng)的局域電場(chǎng)，由于拉曼信號(hào)強(qiáng)度與材料周圍的局域電場(chǎng)正相關(guān)，這種強(qiáng)的局域電場(chǎng)會(huì)反過(guò)來(lái)增強(qiáng)石墨烯的拉曼信號(hào)強(qiáng)度。
[0023](2)本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單有效，成本較低，石墨烯拉曼散射強(qiáng)度的增強(qiáng)效果明顯O
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度的石墨烯的制備方法的流程圖。
[0025]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例制備的強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度的石墨烯的掃描電子顯微鏡圖。
[0026]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例制備的石墨烯覆蓋在Au有序納米結(jié)構(gòu)前后的拉曼光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0028]實(shí)施例1
[0029]如圖1所示，本實(shí)施例的強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度的石墨烯的制備方法，包括以下步驟:
[0030](I)制備有序Au納米結(jié)構(gòu):
[0031](1-1)在Si襯底上采用提拉法組裝單層聚苯乙烯微球:
[0032]將硅襯底放入H2SO4: H2O2 (體積比)=3:1的溶液中浸泡3小時(shí)對(duì)襯底進(jìn)行親水性處理；
[0033]兩片親水性處理后的硅片分別固定在提拉機(jī)的樣品臺(tái)和提拉桿上，兩片硅片平行固定，調(diào)節(jié)其間距在100?120 μ m，用移液槍在兩片硅襯底的間隙中滴入I?2滴聚苯乙烯微球溶液，靜置約3分鐘后勻速提拉提拉桿上的硅片，提拉過(guò)程中的提拉速率為500 ym/s，同時(shí)用熱風(fēng)及時(shí)吹干，最終實(shí)現(xiàn)二氧化硅/硅襯底上自組裝單層聚苯乙烯微球作為模版；
[0034](1-2)在聚苯乙烯微球上采用磁控濺射沉積一層Au薄膜:所用的生長(zhǎng)設(shè)備是射頻磁控濺射系統(tǒng)，包括進(jìn)樣室、沉積室、真空系統(tǒng)、射頻電源及匹配系統(tǒng)、襯底加熱及控溫系統(tǒng)、樣品旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)等；
[0035]所用工作氣體為Ar氣，Au薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中氣體壓強(qiáng)為1.0Pa，射頻濺射功率為60W，襯底溫度為300°C，濺射時(shí)間為25分鐘，生長(zhǎng)期間樣品托自轉(zhuǎn)使成膜均勻；
[0036](1-3)在甲苯中超聲去除聚苯乙烯微球，形成有序Au納米結(jié)構(gòu)，其中超聲功率Ps為5W，超聲時(shí)間1；為30min。
[0037](2)制備石墨烯薄膜:采用化學(xué)氣相沉積在銅箔上制備石墨烯薄膜，生長(zhǎng)過(guò)程中采用甲烷作為前軀體，生長(zhǎng)氣氛是氫氣和氬氣的混合氣體，混合比例為1: 1，生長(zhǎng)過(guò)程中的生長(zhǎng)溫度為1000 °C，生長(zhǎng)時(shí)間為10分鐘。
[0038](3)將石墨稀薄膜轉(zhuǎn)移到Au納米結(jié)構(gòu)的表面:在石墨稀薄膜表面旋涂PMMA，采用FeCl3S液腐蝕掉銅箔襯底，隨后采用濕法轉(zhuǎn)移將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到有序Au納米結(jié)構(gòu)的表面，采用丙酮和乙醇交替清洗去除掉石墨烯薄膜表面的PMMA。
[0039]圖2為在硅襯底上采用聚苯乙烯微球模版法制備的Au有序納米結(jié)構(gòu)在覆蓋石墨烯后的掃描電鏡圖，從圖中可以看出Au有序納米結(jié)構(gòu)保持了聚苯乙烯微球的六角有序性，每三個(gè)聚苯乙烯微球的間隙對(duì)應(yīng)一個(gè)Au有序納米結(jié)構(gòu)，Au納米顆粒的形狀類似三棱柱。覆蓋石墨烯薄膜后，從圖中可以觀察到石墨烯表面出現(xiàn)褶皺，且圖中可以觀察到裂紋，這些是由于濕法轉(zhuǎn)移石墨烯過(guò)程中的應(yīng)力引起的。
[0040]圖3是覆蓋Au有序納米結(jié)構(gòu)如和覆蓋不同尺寸的Au有序納米結(jié)構(gòu)后石墨稀的拉曼光譜，其中，曲線(a)為單純石墨烯的拉曼散射光譜，曲線(b)為覆蓋在平均尺寸