專(zhuān)利名稱(chēng)：一種大尺寸單晶石墨烯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨稀的制備方法，尤其涉及一種大尺寸單晶石墨稀的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯自2004年問(wèn)世以來(lái)，因其獨(dú)特的電學(xué)性能，力學(xué)性能，磁學(xué)性能，超強(qiáng)度，超導(dǎo)熱性，獨(dú)特的宏觀量子效應(yīng)，生化性能已經(jīng)成為全球研究的熱點(diǎn)。而首先制備出石墨烯的英國(guó)曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家安德烈 杰姆和克斯特亞 諾沃塞洛夫因此而獲得了 2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。經(jīng)過(guò)這幾年對(duì)石墨烯的研究，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域的時(shí)代已經(jīng)到了。目前制備石墨烯的方法主要有以下幾種:微機(jī)械分離法，取向附生法，加熱SiC法，化學(xué)氣相沉積的方法(CVD)，化學(xué)還原法，化學(xué)解理法，有機(jī)分子自組裝法。而目前制備單晶石墨烯方法中，有的工藝比較復(fù)雜，有的對(duì)單晶石墨烯的尺寸層數(shù)難以控制。申請(qǐng)人基于CVD方法，通過(guò)對(duì)混合氣體的比例、流速和流速場(chǎng)的控制，制備出了尺寸和層數(shù)可控且具有明顯對(duì)稱(chēng)性的單晶石墨烯。該方法工藝簡(jiǎn)單，制備的石墨烯單晶質(zhì)量高，對(duì)研究石墨烯的各種性能及其應(yīng)用提供了理想的原材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大尺寸單晶石墨烯的制備方法。該方法采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)氣體、氫氣和惰性氣體的流速及混合氣體流量場(chǎng)的分布，在金屬表面制備出大尺寸單晶石墨烯。本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的:在800°C以上的環(huán)境中，通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)氣體、氫氣和惰性氣體的流速及流量場(chǎng)的分布在金屬表面制備出大尺寸單晶石墨烯。其中有機(jī)氣體包括:烷烴,烯烴、炔烴、芳香烴等含碳?xì)怏w。其中金屬表面包括:銅、鉬等金屬表面。其中流量場(chǎng)包括:各種氣體的流速、流動(dòng)方向以及氣壓。其中熱處理時(shí)的環(huán)境氣壓為常壓，時(shí)間在20min-40min。其中生長(zhǎng)時(shí)的環(huán)境氣壓在lpa_300pa之間，時(shí)間在lmin_2h。所述大尺寸單晶石墨烯是指長(zhǎng)度尺寸在Ιμπι以上,且尺寸大小和層數(shù)可控制,單晶形狀具有明顯對(duì)稱(chēng)性的單晶石墨烯。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:通過(guò)對(duì)混合氣體的比例、流速和流速場(chǎng)的控制，制備出了尺寸和層數(shù)可控且具有明顯對(duì)稱(chēng)性的單晶石墨烯。該方法工藝簡(jiǎn)單，制備的石墨烯單晶質(zhì)量高，對(duì)研究石墨烯的各種性能 及其應(yīng)用提供了理想的原材料。


圖1是采用調(diào)節(jié)氣體流量場(chǎng)的方法制備出在金屬表面大尺寸石墨烯單晶的SEM (掃描電子顯微鏡)圖像。具體的講，從圖中顏色較深區(qū)域?yàn)轭?lèi)似與六邊形的大尺寸單層單晶石墨烯。圖2采用調(diào)節(jié)氣體流量場(chǎng)的方法制備出的石墨烯單晶在銅片上的拉曼光譜圖像。具體的講，從圖中能明顯的觀察到石墨烯的2D峰(波數(shù)2700CHT1)與G峰(波數(shù)1580 cnT1)強(qiáng)度比大于2，表明石墨烯為單層。
具體實(shí)施方案在800攝氏度以上的環(huán)境中，通入適量的氫氣和惰性氣體熱處理金屬表面，再通入有機(jī)氣體，通過(guò)調(diào)節(jié)流進(jìn)的有機(jī)氣 體、氫氣和惰性氣體的流速及流動(dòng)的方向，使得銅或鉬金屬表面處在一個(gè)氣體流動(dòng)極其平穩(wěn)，且氣體總的含碳量低于千分之一，有機(jī)氣體在高溫下分解出的碳原子會(huì)在金屬表面組成單晶石墨烯?？筛鶕?jù)單晶石墨烯規(guī)格的要求適當(dāng)選擇石墨烯的生長(zhǎng)時(shí)間。其中熱處理時(shí)的環(huán)境氣壓為常壓。時(shí)間在20min-40min。其中生長(zhǎng)時(shí)的環(huán)境氣壓在lpa_300pa之間。時(shí)間在lmin_2h。
權(quán)利要求
1.一種大尺寸單晶石墨烯的制備方法，其特征是在800°C以上的環(huán)境中，通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)氣體、氫氣和惰性氣體的流速及流量場(chǎng)的分布在金屬表面制備出大尺寸單晶石墨烯；所述有機(jī)氣體包括烷烴，烯烴、炔烴、芳香烴等含碳?xì)怏w；所述金屬表面包括銅、鉬等金屬表面；所述流量場(chǎng)包括各種氣體的流速、流動(dòng)方向以及氣壓；熱處理時(shí)的環(huán)境氣壓為常壓，時(shí)間在20min-40min ;所述生長(zhǎng)時(shí)的環(huán)境氣壓在lpa_300pa之間，時(shí)間在lmin_2h。
全文摘要
一種大尺寸單晶石墨烯的制備方法,其特征是在800℃以上的環(huán)境中，通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)氣體、氫氣和惰性氣體的流速及流量場(chǎng)的分布在金屬表面制備出大尺寸單晶石墨烯；所述有機(jī)氣體包括烷烴，烯烴、炔烴、芳香烴等含碳?xì)怏w；所述金屬表面包括銅、鉑等金屬表面；所述流量場(chǎng)包括各種氣體的流速、流動(dòng)方向以及氣壓；熱處理時(shí)的環(huán)境氣壓為常壓，時(shí)間在20min-40min；所述生長(zhǎng)時(shí)的環(huán)境氣壓在1pa-300pa之間，時(shí)間在1min-2h。
文檔編號(hào)C30B29/02GK103255474SQ20131014526
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者王立, 王朝成 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)