CN104773726A - 一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，属于二维薄膜材料制备技术领域。其制法为：1）制备合金基底；（2）对合金基底进行平整化处理；（3）在保护性气氛下，对合金基底进行退火处理；（4）采用化学气相沉积法沉积石墨烯，冷却至室温，即得生长有单层石墨烯薄膜的合金基底，所述化学气相沉积法的条件为：温度为200-800℃，时间为5-180min，碳源为气相碳源、液相碳源或固相碳源。其优点为：该方法简单便捷，且成本低廉，较低的温度下，制备了均匀单层高质量石墨烯的；该方法具有普适性；条件简单、温和；产品分布均匀，重复性好，适合应用于工业化生产，尤其适用于单层或少层石墨烯的可控制备。
Description
技术领域
本发明属于二维薄膜材料制备技术领域，涉及一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法。
背景技术
石墨烯作为一种新型的碳材料，具有优异的电学、热学、光学特性以及良好的结构柔性，这些优异的物理性质使石墨烯在超级电容器、高性能晶体管、超强和高导复合材料、柔性透明电极、锂离子电池以及传感器等方面展现出巨大的应用潜力。
在过去的研究中，化学气相沉积方法（CVD）被证实为最为可能大规模制备高质量石墨烯的方法。然而该方法的生长温度普遍过高（通常高于1000摄氏度），这大大阻碍了石墨烯的工业化生产与制备。在应用领域，少层且均匀的石墨烯薄膜通常具备优异的性能。所以，研发一种在低温下可控生长少层甚至单层石墨烯薄膜的新方法是非常重要的。这种新方法将大大推动石墨烯工业化的进程，而这种研发过程将成为石墨烯发展道路上具有里程碑意义的工作。
目前，国内外关于低温生长高质量均匀石墨烯主要有以下几种方法：北京大学刘忠范课题组利用Ni-Mo体系在850度的温度下首次实现了绝对单层石墨烯的生长；Mark H. Ruemmeli课题组提出了利用CO2作为一种氧化剂，来降低生长温度，在700度条件下改善石墨烯的质量，然而这两种方法制备的石墨烯的质量依然达不到应用的需求。剑桥大学Stephan Hofmann课题组利用Ni-Au体系在超低压的条件下，从而实现了在600度的条件下获得均匀单层的石墨烯；这是首次在该温度下制备出均匀单层的石墨烯，但是其不得不依赖于超低压，这使得其未来的应用前景蒙上了灰。以上方法都没有从本质上实现在温和条件下制备均匀石墨烯这一目标。对于全世界的科学家而言，在600度这样的温度下，如何温和的获得均匀大面积且高质量的石墨烯依然是一个很大的挑战。
现有的石墨烯生长制备技术难以满足人们的需求，使得其巨大的潜能难以得到发挥。因此本领域需要研发一种新方法或技术使得人们可以可控地、低成本地、以及在反应条件温和的情况下获得高质量的石墨烯，然后对其进行修饰和应用，从而使得石墨烯在能源存储等领域发挥作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温生长单层石墨烯薄膜的方法。本发明所述的低温为200-800℃，优选300-700℃。本发明提供的低温生长单层石墨烯薄膜的方法制备得到的石墨烯薄膜具有成本低廉、生长温度低、生长条件温和、工业化可行性高、对基底的选择性高、对前驱体的选择范围广、且能够获得均匀大面积、高质量、可控的单层石墨烯等优点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，包括如下步骤：
（1）制备合金基底；
（2）对步骤（1）得到的合金基底进行平整化处理；
（3）在保护性气氛下，对步骤（2）得到的合金基底进行退火处理；
（4）采用化学气相沉积法在步骤（3）处理后的基底上沉积石墨烯，冷却至室温，即得生长有单层石墨烯薄膜的合金基底，所述化学气相沉积法的条件为：温度为200-800℃，时间为5-180min，碳源为气相碳源、液相碳源或固相碳源。
所述合金基底的材料为镍、铁、钴、铂、金、铝、铬、铜、锰、钼、钛、钨、镓、铟、铊、汞中的2种的组合。
所述合金基底的制备方法为：将第一金属球放置于第二金属箔的正中心，在氢气或氩气氛围下，进行加热处理， 第一金属球的熔点低于第二金属箔的熔点，加热处理的条件为：温度400~1000℃，时间15~120min。
所述第一金属球为镓球或铟球，第二金属箔为镍箔、铟箔、铜箔或钴箔；所述第二金属箔的厚度为25μm~500 μm，第一金属球占第二金属箔的质量分数为20.0% ~70.0 %。
所述第二金属箔的厚度为25~250μm；第一金属球占第二金属箔的质量分数为35 %。
所述氢气或氩气的流速为300-600sccm；所述加热处理的条件为：温度500~900℃，时间30~60min；
所述步骤（2）平整化处理为打磨处理、电镀处理、抛光处理、激光处理、等离子体处理、喷涂处理、电子束处理中的任意1 种或至少2 种的组合；所述步骤（3）中的退火条件为：温度为300-1100℃，时间为15-120min，所述的保护性气氛为惰性气体、氮气中的一种或几种与氢气的混合气体。
所述平整化处理为抛光处理、电镀处理、打磨处理中的一种或几种；所述退火条件为：温度为600-1000℃，时间为30~60min；所述的保护性气氛为氩气、氦气、氮气、氖气中的一种或几种与氢气的混合气体。
所述步骤（4）所述气相碳源为C1-C4 的烷烃、C2-C4 的烯烃、C2-C3 的炔烃中的任意1 种或至少2 种的组合，所述液相碳源为苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、乙苯、正丙苯、异丙苯、苯乙烯、苯乙炔中的任意1 种或至少2 种的组合，所述固相碳源为六甲基苯、联苯、二苯甲烷、三苯甲烷、萘、四氢化萘、蒽、菲的任意1 种或至少2 种的组合；所述碳源为气体碳源时，碳源气体的流量为3-40sccm，当所述碳源为液体碳源时，通入反应装置的载气气体的流量为300-1000sccm，当所述碳源为固体碳源时，其加入方式为：将固体碳源溶解于无水乙醇中，形成浓度为1mol/L的碳源溶液，将碳源溶液加入到反应装置的液罐里，向反应装置中通入流经液罐的流量为300-1000sccm的载气气体。
所述气相碳源为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、正丁烯、异丁烯、1,2- 丁二烯、1,3- 丁二烯、顺丁二烯、反二丁烯、正丁烷、异丁烷、丙烯、环丙烷中的任意1 种或至少2 种的组合；所述碳源气体的流量为5~20 sccm；所述载气气体的流量为500~800 sccm。
一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，包括如下步骤：
（1）制备合金基底；
（2）对步骤（1）得到的合金基底进行平整化处理；
（3）在保护气氛下，将步骤（2）得到的合金基底进行退火处理；
（4）将处理之后的基底与碳源接触，在低温下进行化学气相沉积，从而获得单层石墨烯薄膜；停止加热，冷却至室温，拿出生长有石墨烯的合金基底。
优选地，本发明所述合金基底的材料选自镍、铁、钴、铂、金、铝、铬、铜、锰、钼、钛、钨、镓、铟、铊和汞中的任意2种的组合，优选所述基底为镍箔、铜箔、钴箔、镓、铟中的任意2种。
优选地，对于箔片的厚度为25μm~500 μm，例如 25μm、50μm、100μm、250μm、500μm等，优选 25~250μm。
本发明步骤（1）所述的制备基底金属的方法选自恒温加热 优选地，所述恒温加热为将一种熔点相对较低的金属放置于一种熔点相对较高的金属的正上方，将其推入反应炉中，依靠相对高温让二者反应形成一个均匀的混合相表面。
优选地，恒温加热过程中，所选择的低熔点金属其大小应该小于高熔点金属，其质量分数优选为20.0% ~70.0 %，例如21.5%、35.0%、36.4%、 45.1%、 49.2%、 55.6%、 57.1%、 64.2%等，优选为35.0%。
优选地，本发明步骤（1）所述恒温加热的温度为400~1000℃，例如404℃、536℃、667℃、725 ℃、748 ℃、776 ℃、786 ℃、805 ℃、809 ℃、816 ℃、821 ℃、849 ℃、857 ℃、888 ℃、906 ℃、925℃、965℃、9844℃、992℃、999℃等，优选为 500~900℃。
优选地，本发明步骤（1）所述高温加热的加热时间为15~120min, 例如16min、21min、29min、38min、42min、48min、56min、61min、68min、77min、89min、95min、106min、111min、116min等，优选为 30~60min。
优选地，本发明步骤（2）所述平整处理选自打磨处理、电镀处理、抛光处理、激光处理、等离子体处理、喷涂处理、电子束处理中的任意1 种或至少2 种的组合，优选抛光处理、电镀处理、打磨处理中的任意1 种。
本发明对制备好的合金基底进行平整化处理，目的在于减少属基底的粗糙度，从而降低石墨烯的成核密度。所以，本领域技术人员所掌握的任何一种可以将合金基底的表面的粗糙度减少的方法都可以适用于本发明，并不仅仅局限于上述的方法。
优选地，步骤（3）所述的保护性气氛为惰性气体气氛和还原气体气氛，优选氩气、氦气、氮气和氖气中的任意1 种或至少2 种的组合与氢气的混合优选氮气、氩气和氦气中的任意1 种或至少2 种的组合与氢气的混合。
优选地，步骤（3）所述退火温度为300-1100℃，例如 402℃、546℃、657℃、735 ℃、778 ℃、796 ℃、799 ℃、815 ℃、819 ℃、826 ℃、831 ℃、869 ℃、877 ℃、889 ℃、916 ℃、925℃、955℃、994℃、998℃、1056℃、1088℃、1099℃优选600-1000℃。
优选地，步骤（3）所述退火时间为15-120min，例如17min、22min、30min、38min、44min、50min、57min、62min、68min、77min、89min、99min、109min、112min、118min等，优选为 30~60min。优选30-60min。
退火是一种有利于金属表面平整化的工艺，利于减少石墨烯的成核点。
优选地，步骤（4）所述加热进行反应的温度为200-800℃，例如 204℃、246℃、257℃、335 ℃、378 ℃、396 ℃、399 ℃、403℃、544℃、654℃、734 ℃、774 ℃、794 ℃、798℃等，优选300-700℃。
优选地，所述加热进行反应的时间为5-180min，例如8min、9min、13min、20min、28min、34min、40min、47min、52min、58min、67min、79min、89min、109min、112min、118min、129min、132min、148min、159min、162min、178min等，优选10-120min。
碳源是能够提供碳元素的物质，碳源的选择是本领域技术人员所熟知的技术，本发明不做具体限定。
优选地，所述的碳源为含有碳元素的有机分子中的任意1 种或至少2 种以上的组合。
优选所述碳源性气体为只含有碳原子和氢原子的有机气体，优选C1-C4 的烷烃、C2-C4 的烯烃、C2-C3 的炔烃中的任意1 种或至少2 种的组合，进一步优选甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、正丁烯、异丁烯、1,2- 丁二烯、1,3- 丁二烯、顺丁二烯、反二丁烯、正丁烷、异丁烷、丙烯、环丙烷中的任意1 种或至少2 种的组合。
优选所述有机大分子为含有芳香烃的有机分子，优选苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、六甲基苯、乙苯、正丙苯、异丙苯、联苯、二苯甲烷、三苯甲烷、苯乙烯、苯乙炔、萘、四氢化萘、蒽、菲中的任意1 种或至少2 种的组合。
优选地，当所述碳源为气体时，通入反应装置的碳源气体的流量为3-40sccm，，例如5.3sccm、6.0sccm、6.6sccm、11sccm、15.8sccm、22sccm、28sccm、33sccm、38sccm等，优选5-20sccm。
优选地，当所述碳源为液体时，通入反应装置的载气气体的流量为300-1000sccm，，例如330sccm、353sccm、460sccm、466sccm、511sccm、558sccm、622sccm、728sccm、833sccm、938sccm 等，优选500-800sccm。
优选地，当所述碳源为固体时，将其溶解于无水乙醇中，制得浓度为1mol/L的溶液，然后操作步骤如液态碳源。
作为优选技术方案，本发明所述石墨烯薄膜的制备方法至少包括以下步骤：
制备合金基底；
对步骤（1）得到的合金基底进行平整化处理；
在保护气氛下，将步骤（2）得到的合金基底进行退火处理；
将处理之后的基底与碳源接触，在低温下进行化学气相沉积，从而获得单层石墨烯薄膜。停止加热，冷却至室温，拿出生长有石墨烯的合金基底。
本发明提供低温制备100%单层石墨烯的方法，具有以下特征和优点：
1、本发明第一次公开了构建液态合金金属，利用化学气相沉积方法，通过合金中各个相对碳源在金属中析出过程、表面的扩散过程的控制的不同，可控制备厚度严格均匀、大面积石墨烯薄膜的方法。该方法利用合金基底中两种或以上不同合金金属的特性，实现了对碳源的分解、扩散和析出过程的控制，简单、高效地约束了溶解于合金基底中碳的析出过程，构建液态的催化表面，使得石墨烯能够以能量更低、扩散速率更快地进行表面催化的形式生长，获得了层数分布均一的单层石墨烯。具体来说，本发明使用的表面催化金属，如镍，和石墨烯之间的晶格失配度很小，具有较高的碳溶解度，可以作为催化剂基底制备出多层的石墨烯薄膜。同时，二元合金中另一组分金属，液态金属由于具有原子级的平滑表面，使得其可以在较大窗口下获得可控层数的石墨烯。那么对Ni表面进行液态化处理成为了实现Ni催化剂生长单层石墨烯的一种极具创新性的思路。该技术简单便捷，且成本低廉，在较低的温度下，实现了均匀单层石墨烯的制备，实现了高质量石墨烯低温生长巨大的突破。采用简便的CVD体系，通过对生长基底的设计实现对单层石墨烯制备的严格控制，从而实现了高质量单层石墨烯的大面积可控生长。
2、本发明方法具有普适性，对于大多数合金金属，只要其在一定温度下可以获得一个液态表面，就均可在化学气相沉积过程中生长出获得均匀层数的石墨烯。
3、本发明制备的石墨烯可以不受基底晶格尺寸的限制。无需单晶即可生长大面积层数均匀的石墨烯。
4、本发明提供的制备石墨烯的方法，条件简单、温和。可以实现在较低的温度下获得高质量大面积的单层石墨烯薄膜。同时，实验制备参数（如升温速度、温度、压强、外加碳源种类及碳源量和降温速度等）控制容错性强，制备所得石墨烯为100%单层，层数严格可控，分布均匀，产品的重复性好，基底廉价易得，特别适合应用于工业化生产，尤其适用于单层或少层石墨烯的可控制备。
附图说明
图1为低温下化学气相沉积制备石墨烯的流程图。
图2为将实施例1制备的石墨烯转移到带有300 nm热氧化层的硅基底上的数码照片图。
图3为将实施例1制备的石墨烯转移至带有300 nm热氧化层的硅基底上的光学照片。
图4为将实施例1制备的石墨烯转移至带有300 nm热氧化层的硅基底上的拉曼光谱图。
图5为将实施例1制备的石墨烯转移至带有300 nm热氧化层的硅基底上的拉曼光谱半峰宽选区图。
图6为将实施例1制备的石墨烯转移至带有300 nm热氧化层的硅基底上的拉曼光谱峰强比选区图。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，包括以下步骤（低温下化学气相沉积制备石墨烯的流程图如图1所示）：
选择厚度为25 μm 的镍箔作为金属基底，将镍箔放入体积比为1:1:1的乙酸、乙醇、超纯水溶液中浸泡5min，吹干。然后将其质量分数为镍箔35.0%的镓球放置于镍箔的正中心。
将金属基底推入反应炉中，通入300 sccm的氢气作为保护气，在1000度的温度下恒温保持30min，让二者反应形成一个均匀的混合相表面。
将金属基底放入抛光液中，在5V 的电压下抛光30 秒，关闭电源，将金属基底清洗干净。
将上述处理后的金属基底放入管式炉的中央，向管式炉内通入氢气和氩气，升温至800℃并保持30min，对金属基底进行退火处理。
保持温度在800 ℃，向管式炉内通入甲烷，控制甲烷的流量为40sccm，保持生长温度30min，在金属基底表面形成石墨烯薄膜。停止加热，待管式炉冷却至室温后，取出生长有石墨烯的金属基底。
对转移在硅基底上的石墨烯拍照，如图2所示。证明获得了大面积的石墨烯薄膜。
所得单层石墨烯上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯（厚度为200 nm）透明柔性高分子薄膜作为支撑基底，170℃加热10 min，然后浸在浓度为1M的 FeCl3水溶液中30 min，使样品中的镍薄层被腐蚀掉，石墨烯连同PMMA薄膜一起与基底分离。PMMA薄膜担载着该单层石墨烯转移到带有300 nm氧化层的硅片上，在有机溶剂丙酮中溶解除去作为支撑基底的PMMA薄膜。对转移在硅基底上的石墨烯进行了光学显微镜的表征，得到如图3所示的结果。该实施例制备所得单层石墨烯的面积达到100%。
所获得石墨烯如图4所示，对转移在硅基底上的石墨烯进行了拉曼光谱的表征。从图中可以看出利用本发明制备的石墨烯具备半峰宽约35 cm-1的G’峰，G’峰符合单洛伦兹峰的拟合，且G峰与G’峰的相对强对比<0.5，代表缺陷的D峰与G峰的相对强度比<0.1，根据石墨烯的拉曼光谱特征可以证明制备的石墨烯是质量优良的单层石墨烯。
所获得石墨烯如图5所示，对转移在硅基底上的石墨烯进行了拉曼光谱的半峰宽选区分析表征。从图中可以看出利用本发明制备的石墨烯在10 μm*10 μm的区域内半峰宽都有约为35 cm-1的G’峰，G’峰符合单洛伦兹峰的拟合，据石墨烯的拉曼光谱特征可以证明制备的石墨烯是质量优良的单层且面积较大的石墨烯薄膜。
所获得石墨烯如图6所示，对转移至带有300 nm热氧化层的硅基底上的拉曼光谱峰强比选区分析表征。从图中可以看出利用本发明制备的石墨烯在10 μm*10 μm的区域内G峰与G’峰的相对强对比<0.5，据石墨烯的拉曼光谱特征可以证明制备的石墨烯是质量优良的单层且面积较大的石墨烯薄膜。
综上所述，利用本发明专利利用各种合金金属基底，在操作简便的化学气相沉积过程中，通过对生长基底的改进实现对单层石墨烯制备的严格控制，从而实现在低温下可控生长高质量、单层石墨烯的大面积。这种制备均一单层石墨烯的方法对制备条件要求毫不苛刻，简便易行，适合于工业化大规模生产。
实施例2
一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，包括以下步骤：
选择厚度为250 μm 的钴箔作为金属基底，将钴箔放入1:1:1的乙酸、乙醇、超纯水溶液中浸泡10min，吹干。然后将其质量分数为钴箔70.0%的铟球放置于镍箔的正中心。
将金属基底推入反应炉中，通入500 sccm的氩气作为保护气，在400度的温度下恒温保持120min，让二者反应形成一个均匀的混合相表面。
将金属基底置于抛光液中，在3V的电压下抛光120秒，关闭电源，将金属基底洗干净，然后对其进行机械打磨处理。
将上述处理后的金属基底放入气氛管式炉的中央，向管式炉内通入氢气和氩气，升温至1100℃并保持120min，对金属基底进行退火处理；
降低温度至500℃，在液罐内加入苯，向管式炉内通入氩气和氢气作为导入气体，控制氩气和氩气的流量各为1000sccm，保持生长温度60min，在金属基底表面形成石墨烯薄膜。停止加热，待管式炉冷却至室温后，取出生长有石墨烯的金属基底。
实施例3
一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，包括以下步骤：
选择厚度为50 μm 的铟作为金属基底，将铟球放入体积比为1:1:1的乙酸、乙醇、超纯水溶液中浸泡10min，吹干。然后将其质量分数为铟球20.0%的镓球放置于铟球的正中心。
将金属基底推入反应炉中，通入600 sccm的氩气作为保护气，在500度的温度下恒温保持60min，让二者反应形成一个均匀的混合相表面。
将金属基底置于抛光液中，在3V的电压下抛光120秒，关闭电源，将金属基底洗干净。
将上述处理后的金属基底放入气氛管式炉的中央，向管式炉内通入氢气和氮气，升温至300℃并保持15min，对金属基底进行退火处理。
降温并保持在200℃，向管式炉内通入乙烯，控制乙烯的流量为3sccm，保持生长温度180 min，在金属基底表面形成石墨烯薄膜。停止加热，待管式炉冷却至室温后，取出生长有石墨烯的金属基底。
实施例4
一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，包括以下步骤：
选择厚度为500 μm 的铜作为金属基底，将铜箔放入体积比为1:1:1的乙酸、乙醇、超纯水溶液中浸泡10min，吹干。然后将其质量分数为铜箔20.0%的镓球放置于铜箔的正中心。
将金属基底推入反应炉中，通入600 sccm的氩气作为保护气，在900度的温度下恒温保持15min，让二者反应形成一个均匀的混合相表面。
将金属基底置于转速为3000rpm 的旋转表面抛光机上对金属基底进行机械打磨之后，再将其置于抛光液中，在3V的电压下抛光120秒，关闭电源，将金属基底洗干净。
将上述处理后的金属基底放入气氛管式炉的中央，向管式炉内通入氢气和氖气，升温至1000℃并保持60min，对金属基底进行退火处理。
降低温度至400℃，向管式炉内通入乙炔，控制乙炔的流量为10sccm，保持生长温度5 min，在金属基底表面形成石墨烯薄膜。停止加热，待管式炉冷却至室温后，取出生长有石墨烯的金属基底。
实施例5
一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，包括以下步骤：
选择厚度为50 μm 的镍作为金属基底，将镍箔放入体积比为1:1:1的乙酸、乙醇、超纯水溶液中浸泡10min，吹干。然后将其质量分数为镍箔40.0%的镓球放置于镍箔的正中心。
将金属基底推入反应炉中，通入300 sccm的氩气作为保护气，在800度的温度下恒温保持45min，让二者反应形成一个均匀的混合相表面。
将金属基底置于转速为3000rpm 的旋转表面抛光机上对金属基底进行机械抛光之后，再将其然后对其进行机械打磨处理。
将上述处理后的金属基底放入气氛管式炉的中央，向管式炉内通入氢气、氮气和氩气，升温至600℃并保持45min，对金属基底进行退火处理。
降低温度至500℃，在液罐内加入蒽溶液，向管式炉内通入氢气作为导入气体，控制氢气的流量为300 sccm，保持生长温度120min，在金属基底表面形成石墨烯薄膜。停止加热，待管式炉冷却至室温后，取出生长有石墨烯的金属基底。
Claims (10)
1.一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）制备合金基底；
（2）对步骤（1）得到的合金基底进行平整化处理；
（3）在保护性气氛下，对步骤（2）得到的合金基底进行退火处理；
（4）采用化学气相沉积法在步骤（3）处理后的基底上沉积石墨烯，冷却至室温，即得生长有单层石墨烯薄膜的合金基底，所述化学气相沉积法的条件为：温度为200-800℃，时间为5-180min，碳源为气相碳源、液相碳源或固相碳源。
2.根据权利要求1所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述合金基底的材料为镍、铁、钴、铂、金、铝、铬、铜、锰、钼、钛、钨、镓、铟、铊、汞中的2种的组合。
3.根据权利要求1或2所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述合金基底的制备方法为：将第一金属球放置于第二金属箔的正中心，在氢气或氩气氛围下，进行加热处理， 第一金属球的熔点低于第二金属箔的熔点，加热处理的条件为：温度400~1000℃，时间15~120min。
4.根据权利要求3所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述第一金属球为镓球或铟球，第二金属箔为镍箔、铟箔、铜箔或钴箔；所述第二金属箔的厚度为25μm~500 μm，第一金属球占第二金属箔的质量分数为20.0% ~70.0 %。
5.根据权利要求4所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述第二金属箔的厚度为25~250μm；第一金属球占第二金属箔的质量分数为35 %。
6.根据权利要求3-5任一项所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述氢气或氩气的流速为300-600sccm；所述加热处理的条件为：温度500~900℃，时间30~60min。
7.根据权利要求1-5任一项所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述步骤（2）平整化处理为打磨处理、电镀处理、抛光处理、激光处理、等离子体处理、喷涂处理、电子束处理中的一种或几种的组合；所述步骤（3）中的退火条件为：温度为300-1100℃，时间为15-120min，所述的保护性气氛为惰性气体、氮气中的一种或几种与氢气的混合气体。
8.根据权利要求7所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述平整化处理为抛光处理、电镀处理、打磨处理中的一种或几种；所述退火条件为：温度为600-1000℃，时间为30~60min；所述的保护性气氛为氩气、氦气、氮气、氖气中的一种或几种与氢气的混合气体。
9.根据权利要求1-5或8任一项所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述步骤（4）所述气相碳源为C1-C4 的烷烃、C2-C4 的烯烃、C2-C3 的炔烃中的一种或几种的组合，所述液相碳源为苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、乙苯、正丙苯、异丙苯、苯乙烯、苯乙炔中的一种或几种的组合，所述固相碳源为六甲基苯、联苯、二苯甲烷、三苯甲烷、萘、四氢化萘、蒽、菲的一种或几种的组合；所述碳源为气体碳源时，碳源气体的流量为3-40sccm，所述碳源为液体碳源时，通入反应装置的载气气体的流量为300-1000sccm，所述碳源为固体碳源时，其加入方式为：将固体碳源溶解于无水乙醇中，形成浓度为1mol/L的碳源溶液，将碳源溶液加入到反应装置的液罐里，向反应装置中通入流经液罐的流量为300-1000sccm的载气气体。
10.根据权利要求9所述一种低温化学气相沉积生长单层石墨烯薄膜的方法，其特征在于：所述气相碳源为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、正丁烯、异丁烯、1,2- 丁二烯、1,3- 丁二烯、顺丁二烯、反二丁烯、正丁烷、异丁烷、丙烯、环丙烷中的一种或几种的组合；所述碳源气体的流量为5~20 sccm；所述载气气体的流量为500~800 sccm。
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Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105060280A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-11-18 | 中国人民解放军第四军医大学 | 一种钛或钛合金表面石墨烯薄膜的制备方法 |
| CN106006619A (zh) * | 2016-05-28 | 2016-10-12 | 王奉瑾 | 一种特定尺寸的石墨烯的制备方法 |
| CN106283179A (zh) * | 2016-07-25 | 2017-01-04 | 福建师范大学 | 一种毫米级单层单晶石墨烯的制备方法 |
| CN107215857A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-09-29 | 福州大学 | 一种在大气环境下利用激光快速制备石墨烯的方法 |
| CN107500276A (zh) * | 2017-09-19 | 2017-12-22 | 北京大学 | 一种利用醋酸铜制备超洁净石墨烯的方法 |
| CN108022826A (zh) * | 2016-10-31 | 2018-05-11 | 北京大学 | 一种通过构造一维超结构来调制二维材料能带结构的方法 |
| CN108439382A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-24 | 清华大学 | 一种可控液态碳源化学气相沉积制备石墨烯的方法及装置 |
| CN108447773A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-24 | 北京石墨烯研究院 | 石墨烯单晶薄膜及其制备方法 |
| CN108699685A (zh) * | 2016-03-07 | 2018-10-23 | 塔塔钢铁英国有限公司 | 用于电池壳的钢片的制造方法和根据所述方法制作的电池壳 |
| CN108726510A (zh) * | 2017-04-20 | 2018-11-02 | 北京大学 | 一种大面积超洁净石墨烯及其宏量制备方法与其洁净度的快速评估方法 |
| CN108793137A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-13 | 中国科学院半导体研究所 | 利用聚对二甲苯制备单层石墨烯的方法 |
| CN109023291A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-18 | 北京镭硼科技有限责任公司 | 一种石墨烯薄膜及其制备方法与应用 |
| CN109286010A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-29 | 河南大学 | 一种石墨烯包覆纳米氧化铬负极材料的原位生长方法 |
| CN110040726A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-23 | 中国科学院金属研究所 | 一种制备大面积高质量均匀少数层石墨烯薄膜的方法 |
| CN110040725A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-23 | 中国科学院金属研究所 | 一种快速制备高质量均匀层数石墨烯薄膜的方法 |
| CN110373714A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-10-25 | 杭州电子科技大学 | 一种在室温下快速制备大尺寸高品质单层石墨烯的方法 |
| CN110453280A (zh) * | 2018-05-08 | 2019-11-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种高质量晶圆级石墨烯单晶的制备方法 |
| US20200354829A1 (en) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods and apparatuses for forming graphene |
| CN112011783A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-12-01 | 太原理工大学 | 锆合金表面氧化锆催化石墨烯生长的低温化学气相沉积法 |
| CN112575310A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-30 | 重庆大学 | 一种低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 |
| CN113667960A (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-19 | 北京石墨烯研究院 | 一种洁净双层及少层石墨烯薄膜及其制备方法 |
| US11346619B2 (en) | 2017-12-18 | 2022-05-31 | University Of South Carolina | Manufacturable metal-graphene interface for highly efficient and durable condensers |
| CN114635120A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-06-17 | 北京石墨烯技术研究院有限公司 | 用于生长石墨烯薄膜的基底、石墨烯薄膜以及它们的制备方法 |
| CN116216705A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-06 | 苏州大学 | 一种碳氢化合物催化制备氧化石墨烯的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102134067A (zh) * | 2011-04-18 | 2011-07-27 | 北京大学 | 一种制备单层石墨烯的方法 |
-
2015
- 2015-04-10 CN CN201510167967.3A patent/CN104773726A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102134067A (zh) * | 2011-04-18 | 2011-07-27 | 北京大学 | 一种制备单层石墨烯的方法 |
Cited By (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105060280A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-11-18 | 中国人民解放军第四军医大学 | 一种钛或钛合金表面石墨烯薄膜的制备方法 |
| CN108699685A (zh) * | 2016-03-07 | 2018-10-23 | 塔塔钢铁英国有限公司 | 用于电池壳的钢片的制造方法和根据所述方法制作的电池壳 |
| CN106006619A (zh) * | 2016-05-28 | 2016-10-12 | 王奉瑾 | 一种特定尺寸的石墨烯的制备方法 |
| CN106283179A (zh) * | 2016-07-25 | 2017-01-04 | 福建师范大学 | 一种毫米级单层单晶石墨烯的制备方法 |
| CN108022826A (zh) * | 2016-10-31 | 2018-05-11 | 北京大学 | 一种通过构造一维超结构来调制二维材料能带结构的方法 |
| CN108726510B (zh) * | 2017-04-20 | 2020-06-30 | 北京大学 | 一种大面积超洁净石墨烯及其宏量制备方法与其洁净度的快速评估方法 |
| CN108726510A (zh) * | 2017-04-20 | 2018-11-02 | 北京大学 | 一种大面积超洁净石墨烯及其宏量制备方法与其洁净度的快速评估方法 |
| CN107215857A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-09-29 | 福州大学 | 一种在大气环境下利用激光快速制备石墨烯的方法 |
| CN107500276A (zh) * | 2017-09-19 | 2017-12-22 | 北京大学 | 一种利用醋酸铜制备超洁净石墨烯的方法 |
| CN107500276B (zh) * | 2017-09-19 | 2019-12-24 | 北京大学 | 一种利用醋酸铜制备超洁净石墨烯的方法 |
| US11346619B2 (en) | 2017-12-18 | 2022-05-31 | University Of South Carolina | Manufacturable metal-graphene interface for highly efficient and durable condensers |
| CN108447773A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-24 | 北京石墨烯研究院 | 石墨烯单晶薄膜及其制备方法 |
| CN108439382A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-08-24 | 清华大学 | 一种可控液态碳源化学气相沉积制备石墨烯的方法及装置 |
| CN108439382B (zh) * | 2018-04-20 | 2020-11-20 | 清华大学 | 一种可控液态碳源化学气相沉积制备石墨烯的方法及装置 |
| CN110453280A (zh) * | 2018-05-08 | 2019-11-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种高质量晶圆级石墨烯单晶的制备方法 |
| CN110453280B (zh) * | 2018-05-08 | 2021-05-25 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种高质量晶圆级石墨烯单晶的制备方法 |
| CN109023291A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-18 | 北京镭硼科技有限责任公司 | 一种石墨烯薄膜及其制备方法与应用 |
| CN109023291B (zh) * | 2018-08-14 | 2020-12-22 | 河北镭传科技有限责任公司 | 一种石墨烯薄膜及其制备方法与应用 |
| CN108793137A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-13 | 中国科学院半导体研究所 | 利用聚对二甲苯制备单层石墨烯的方法 |
| CN109286010B (zh) * | 2018-09-27 | 2020-12-11 | 河南大学 | 一种石墨烯包覆纳米氧化铬负极材料的原位生长方法 |
| CN109286010A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-29 | 河南大学 | 一种石墨烯包覆纳米氧化铬负极材料的原位生长方法 |
| CN110040725A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-23 | 中国科学院金属研究所 | 一种快速制备高质量均匀层数石墨烯薄膜的方法 |
| CN110040726A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-23 | 中国科学院金属研究所 | 一种制备大面积高质量均匀少数层石墨烯薄膜的方法 |
| US20200354829A1 (en) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods and apparatuses for forming graphene |
| CN110373714A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-10-25 | 杭州电子科技大学 | 一种在室温下快速制备大尺寸高品质单层石墨烯的方法 |
| CN113667960A (zh) * | 2020-05-13 | 2021-11-19 | 北京石墨烯研究院 | 一种洁净双层及少层石墨烯薄膜及其制备方法 |
| CN112011783A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-12-01 | 太原理工大学 | 锆合金表面氧化锆催化石墨烯生长的低温化学气相沉积法 |
| CN112011783B (zh) * | 2020-09-03 | 2022-09-09 | 太原理工大学 | 锆合金表面氧化锆催化石墨烯生长的低温化学气相沉积法 |
| CN112575310A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-30 | 重庆大学 | 一种低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 |
| CN114635120A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-06-17 | 北京石墨烯技术研究院有限公司 | 用于生长石墨烯薄膜的基底、石墨烯薄膜以及它们的制备方法 |
| CN116216705A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-06 | 苏州大学 | 一种碳氢化合物催化制备氧化石墨烯的方法 |
| CN116216705B (zh) * | 2022-12-30 | 2024-07-23 | 苏州大学 | 一种碳氢化合物催化制备氧化石墨烯的方法 |
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