CN104986750A - 一种氟化石墨烯的制备方法 - Google Patents

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徐杨
陆薇
阿亚兹
孟楠
万霞
程呈
郭宏伟
周翰铭
王雪
施添锦
王�锋
马玲玲
刘雪梅
李炜
刘威
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Abstract

本发明公开了一种氟化石墨烯的制备方法，主要采用深反应刻蚀的方法，以SF6气体作为氟化剂制得氟化石墨烯。所制得的氟化石墨烯为单层或多层。本发明方法制备的氟化石墨烯氟化程度高，氟化性质好，该方法可用于大尺寸氟化石墨烯的制备，当采用的石墨烯样品其衬底为铜网时，还可实现石墨烯的双面氟化。与其他的氟化方法比较，本发明的方法具有设备和工艺过程简便，可控性好，制备成本低，可用于量产等优点。制得的氟化石墨烯尺寸可以达到晶圆级，这为氟化石墨烯的性质探究以及氟化石墨烯器件的加工都奠定了良好的基础。

Description

一种氟化石墨烯的制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，涉及一种氟化石墨烯的制备方法。
背景技术
氟化石墨烯作为石墨烯的新型衍生物，既保持了石墨烯高强度的性能，又因氟原子的引入带来了表面能降低、疏水性增强及带隙展宽等新颖的界面和物理化学性能。同时，氟化石墨烯耐高温、化学性质稳定，表现出类似聚四氟乙烯的性质，被称之为“二维特氟龙”。氟化石墨烯这些独特的性能使其在界面、新型纳米电子器件、润滑材料等领域具有广泛的应用前景。
目前，常规合成氟化石墨烯的一种方法是采用XeF2等氟化剂，对利用微机械剥离或者化学气相沉积制备的石墨烯进行氟化。由于这种方法对反应氛围和设备要求较高，反应较困难不易控制且有剧毒，极大地限制了此法的广泛应用。另一种方法是微机械剥离氟化石墨，利用商业化的氟化石墨为原料，采用廉价的N-甲基吡咯烷酮为插层试剂，通过简单的热和超声处理，实现了氟化石墨烯的制备。但是此法无法制备大面积的氟化石墨烯，且层数与氟化程度不可控。由于氟化石墨烯的应用前景非常广阔，因此寻找简便、环保、经济的制备方法非常紧迫。
在过去的其他实验中，等离子体激发常用来进行深硅刻蚀，而当降低激发功率以后，我们发现等离子态的SFx离子可以与石墨烯发生反应从而可以成功制备出氟化石墨烯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简便、易于控制的氟化石墨烯的制备方法。
本发明的制备氟化石墨烯的方法包括如下步骤：
1）将石墨烯样品放入深反应刻蚀机的送样室内，将送样室气压抽至10-3Torr以下，将石墨烯样品送入反应腔；
2）将反应腔内气压抽至10-6Torr以下，通入SF6气体，流量为100sccm；
3） 对SF6进行等离子体激发，在电离功率为25W~300W条件下反应30s~20min；取出样品，获得氟化石墨烯。
上述技术方案中，所述的石墨烯为单层或多层。
所述的石墨烯样品，其衬底为不与SFx反应的材料，x=1-6，如铜箔、铜网、Si或SiO2。
通过光电子能谱仪（XPS）和拉曼光谱仪等仪器测试表明，用本发明方法制备的氟化石墨烯氟化程度高，氟化性质好，该方法可用于大尺寸氟化石墨烯的制备，当采用的石墨烯样品其衬底为铜网时，还可实现石墨烯的双面氟化。与其他的氟化方法比较，本发明的方法具有设备和工艺过程简便，可控性好，制备成本低，可用于量产等优点。制得的氟化石墨烯尺寸可以达到晶圆级，这为氟化石墨烯的性质探究以及氟化石墨烯器件的加工都奠定了良好的基础。
附图说明
图1 为实施例1制备的氟化石墨烯的XPS表征的C峰示意图。
图2 为实施例1制备的氟化石墨烯的XPS表征的F峰示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
取1x1cm大小衬底为铜箔的单层石墨烯，将其放在4吋大小的衬片上，放入深反应刻蚀机的送样室，将送样室的气压抽至10-3Torr以下，送入反应腔；固定好样片后，将反应腔内气压抽至10-6Torr以下，然后通入SF6气体，流量为100sccm；对SF6进行200W功率的等离子体激发，反应时间1分钟；反应完毕后，充入氮气，待反应腔气压与送样室气压相同时，将样品传送至送样室，并继续充入氮气，待达到大气压时取出衬片上的样品。此时铜箔上的石墨烯已经反应生成氟化石墨烯。
对本例获得的氟化石墨烯进行XPS表征，其C峰如图1所示，F峰如图2所示，可以看出在C峰结合能为288.6eV处观察到了一个峰值，证明C-F键的存在，即获得氟化石墨烯。
实施例2
取1x1cm大小的衬底为SiO2的多层石墨烯样品，将其放在4吋大小的衬片上，放入送样室，将送样室的气压抽至10-3Torr以下，送入反应腔；固定好样片后，将反应腔内气压抽至10-6Torr以下，然后通入SF6气体，流量为100sccm；对SF6进行25W功率的等离子体激发，反应时间20分钟；反应完毕后，充入氮气，待反应腔气压与送样室气压相同时，将样品传送至送样室，并继续充入氮气，待达到大气压时取出衬片上的样品，获得氟化石墨烯。
实施例3
取衬底为铜网的双层石墨烯样品，并将其放在4吋大小的衬片上，放入深反应刻蚀机的送样室，将送样室的气压抽至10-3Torr以下，送入反应腔；固定好样片后，将反应腔内气压抽至10-6Torr以下，然后通入SF6气体，流量为100sccm；对SF6进行300W功率的等离子体激发，反应时间30s；反应完毕后，充入氮气，待反应腔气压与送样室气压相同时，将样品传送至送样室，并继续充入氮气，待达到大气压时取出衬片上的样品。此时铜网上的石墨烯已经反应生成双面氟化石墨烯。
按照本发明的方法，根据石墨烯层数的不同可以得到不同层数的氟化石墨烯，与其他方法相比本发明的方法具有周期短，可批量生产的优势，通过XPS测试可以得到本方法制备的氟化石墨烯F含量可以达到15%。

Claims (4)

1. 一种氟化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将石墨烯样品放入深反应刻蚀机的送样室内，将送样室气压抽至10-3Torr以下，将石墨烯样品送入反应腔；
2）将反应腔内气压抽至10-6Torr以下，通入SF6气体，流量为100sccm；
3） 对SF6进行等离子体激发，在电离功率为25W~300W条件下反应30s~20min；取出样品，获得氟化石墨烯。
2. 根据权利要求1所述的氟化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯为单层或多层。
3. 根据权利要求1所述的氟化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯样品，其衬底为不与SFx反应的材料，x=1-6。
4. 根据权利要求3所述的氟化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯样品，其衬底为铜箔、铜网、Si或SiO2。
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