一種石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬電極保護技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種石墨稀/Cu/Ni復(fù)合電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Cu/Ni復(fù)合金屬易于塑型、加工和焊接，在金屬互連、飛行器部件、植入裝置等器件中作為電極被廣泛使用。石墨烯是一種二維單原子層材料，因其優(yōu)秀的機械、光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性等而應(yīng)用廣泛，尤其是其良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以用作防腐蝕材料以保護Cu/Ni復(fù)合金屬電極。
[0003]然而，研宄表明在石墨烯的缺陷處會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕下層金屬的現(xiàn)象，高質(zhì)量、無缺陷的單層石墨烯能有效地減少腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。目前，經(jīng)常采用CVD技術(shù)來制備大面積、高質(zhì)量的石墨烯。以單一過渡金屬(Cu、Ni等)為催化劑，以烴類化合物為碳源，淀積生長石墨烯；然后將生長的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上，經(jīng)過圖形化處理等步驟，進行器件的應(yīng)用。但復(fù)雜、破壞性的石墨烯轉(zhuǎn)移及圖形化過程會嚴(yán)重?fù)p害石墨烯的質(zhì)量，導(dǎo)致多余的缺陷，影響石墨烯在金屬電極防腐方面的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極及其制備方法，避免了石墨烯轉(zhuǎn)移過程和圖形化過程對石墨烯質(zhì)量的破壞，減少了石墨烯缺陷的數(shù)目，通過調(diào)整Ni膜與Cu膜的厚度，采用分段升溫的CVD工藝，獲得高質(zhì)量的石墨烯，增強了石墨烯對Cu/Ni合金的保護能力，得到的復(fù)合電極具有優(yōu)異的抗腐蝕性能。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極，其特征在于，包括Cu/Ni合金層和覆蓋在所述Cu/Ni合金層上的石墨烯薄膜；其中，所述Cu/Ni合金層由Ni膜和覆蓋在所述Ni膜上Cu膜發(fā)生Ni原子與Cu原子的相互擴散形成，所述Ni膜與所述Cu膜的厚度比為1: (3?10)。
[0006]優(yōu)選地，所述Cu/Ni合金層和所述石墨烯薄膜均為圖形化結(jié)構(gòu)。
[0007]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008](I)在基底上淀積一層Ni膜，再在Ni膜上淀積一層Cu膜，得到Cu/Ni復(fù)合金屬基底；其中，Ni膜與Cu膜的厚度比為1: (3?10)；
[0009](2)利用CVD方法，在Cu/Ni復(fù)合金屬基底上生長石墨稀薄膜；
[0010]所述步驟⑵進一步包括如下步驟:
[0011](Al)在Ar和112的混合氣氛中，升溫至400°C?800°C，并保溫3h?5h ;
[0012](A2)繼續(xù)升溫至 1000°C ?1050 °C ；
[0013](A3)通入碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?，保?5min?30min ；
[0014](A4)在Ar和112的混合氣氛中，降溫至室溫。
[0015]按照本發(fā)明的又一方面，提供了一種石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0016](I)在基底上制備圖形化的光刻膠；
[0017](2)淀積一層Ni膜，再在Ni膜上淀積一層Cu膜；其中，Ni膜與Cu膜的厚度比為1: (3 ?10)；
[0018](3)去除光刻膠，得到圖形化的Cu膜和Ni膜；
[0019](4)利用CVD方法，在圖形化的Cu膜上生長石墨烯薄膜；
[0020]所述步驟⑷進一步包括如下步驟:
[0021](Al)在Ar和H2的混合氣氛中，升溫至400°C?800°C，并保溫3h?5h ;
[0022](A2)繼續(xù)升溫至 1000°C ?1050 °C ；
[0023](A3)通入碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?，保?5min?30min ；
[0024](A4)在Ar和112的混合氣氛中，降溫至室溫。
[0025]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0026]1、直接在金屬上生長石墨烯，實現(xiàn)了單層石墨烯的原位生長和應(yīng)用，避免了石墨烯轉(zhuǎn)移過程對石墨烯質(zhì)量的破壞，減少了石墨烯缺陷的數(shù)目，增強了對Cu/Ni合金的保護能力。
[0027]2、復(fù)合金屬中的Ni原子在高溫下與Cu原子相互擴散，起到了平滑金屬基底表面，增大晶粒尺寸的作用，有利于單層、無缺陷石墨烯的生長，通過調(diào)整Ni膜與Cu膜的厚度，能獲得高質(zhì)量的石墨烯，對下層金屬具有更好的保護效果。
[0028]3、圖形化生長單層石墨烯，避免了在器件應(yīng)用中的石墨烯圖形化過程對石墨烯質(zhì)量的破壞，減少了石墨烯缺陷的數(shù)目，增強了對Cu/Ni合金的保護能力。
[0029]4、利用分段升溫的CVD工藝生長石墨烯，減少了高溫對Cu/Ni合金的破壞，并進一步提尚了石墨稀的生長質(zhì)量。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明一個實施例的石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極的制備工藝流程示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明另一個實施例的石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極的制備工藝流程示意圖；
[0032]圖3是實施例6生長的石墨烯的Raman光譜圖；
[0033]圖4是實施例6生長的石墨烯的SEM圖。
[0034]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1_基底，2-光亥1J月父，3_Ni膜，4_Cu膜，5-石墨稀薄膜。
【具體實施方式】
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0036]本發(fā)明實施例的石墨稀/Cu/Ni復(fù)合電極包括Cu/Ni合金層和覆蓋在Cu/Ni合金層上的石墨稀薄膜；其中，Cu/Ni合金層由Ni膜和覆蓋在Ni膜上Cu膜發(fā)生Ni原子與Cu原子的相互擴散形成，Ni膜與Cu膜的厚度比為1: (3?10)。優(yōu)選地，Cu/Ni合金層和石墨烯薄膜均為圖形化結(jié)構(gòu)。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明一個實施例的石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極的制備方法包括如下步驟:
[0038](I)在基底I上淀積一層Ni膜3，再在Ni膜3上淀積一層Cu膜4，得到Cu/Ni復(fù)合金屬基底。
[0039]其中，基底通?？梢詾镾1、玻璃等。
[0040]優(yōu)選地，Ni膜與Cu膜的厚度比為1: (3?10)。
[0041](2)利用CVD方法，在Cu/Ni復(fù)合金屬基底上生長石墨烯薄膜5。
[0042]步驟(2)進一步包括如下步驟:
[0043](Al)在Ar和H2的混合氣氛中，升溫至400°C?800°C，并保溫3h?5h。
[0044](A2)繼續(xù)升溫至 1000°C?1050°C。
[0045](A3)通入碳?xì)浠衔镒鳛樘荚?，保?5min?30min。
[0046]其中，碳?xì)浠衔锿ǔ？梢詾镃H4、C2H4等。
[0047](A4)在Ar和112的混合氣氛中，降溫至室溫。
[0048]如圖2所示，本發(fā)明另一個實施例的石墨烯/Cu/Ni復(fù)合電極的制備方法包括如下步驟:
[0049](I)在基底I上制備圖形化的光刻膠2。
[0050](2)淀積一層Ni膜3，再在Ni膜3上淀積一層Cu膜4。
[0051 ] 其中，基底通?？梢詾镾1、玻璃等。
[0052]優(yōu)選地，Ni膜與Cu膜的厚度比為1: (3?10