CN106006619A - 一种特定尺寸的石墨烯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种特定尺寸的石墨烯的制备方法，以特定尺寸的金属箔作为催化基底，通入碳源在所述金属箔表面生成特定尺寸的石墨烯。具体步骤：A：将特定尺寸的金属箔进行酸洗，去除表面氧化层；B：排除反应器中的杂质气体，通入催化气体；C：将金属箔温度升至600~1200℃，通入气态碳源，气态碳源裂解生成碳原子吸附于金属箔表面，生长成石墨烯；D：快速降温至室温，分离石墨烯与金属箔。该方法具有成本低、效率高、尺寸可控性好，适用于大规模生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯的制备方法，具体为一种特定尺寸的石墨烯的制备方法。
背景技术
石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料 ，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15 000 cm2 /（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。这些优良的特性，使其具有很广的应用范围和很好的应用前景，可应用在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、通信技术和成像技术等领域。
目前制备石墨烯的方法主要有机械剥离法、SiC外延生长法、氧化还原法和化学气相沉积法。机械剥离法、SiC外延生长法和氧化还原法难以使石墨烯生长成排列整齐，尺寸可控的单晶。化学气相沉积法可生成大尺寸、高质量的石墨烯薄膜，但是现阶段成本高，生成的石墨烯需依附于衬底。
因此，提供一种尺寸可控、高效低成本的石墨烯制备方法是必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种特定尺寸的石墨烯的制备方法，该方法成本低、效率高、尺寸可控性好，解决现有技术的不足。
本发明提供一种特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，以特定尺寸的金属箔作为催化基底，通入碳源在所述金属箔表面生成特定尺寸的石墨烯，具体步骤如下：
A：将特定尺寸的金属箔进行酸洗，去除表面氧化层；
B：排除反应器中的杂质气体，通入催化气体；
C：将金属箔温度升至600~1200℃，通入气态碳源，气态碳源裂解生成碳原子吸附于金属箔表面，生长成石墨烯；
D：快速降温至室温，分离石墨烯与金属箔。
优选的，所述金属箔包括铜、镍或铜镍合金。
优选的，所述催化气体为氢气。
优选的，所述气态碳源为烃类气体。
优选的，所述烃类气体包括甲烷、乙烯或乙炔。
优选的，所述金属箔的形状包括矩形、椭圆形及六边形的一种。
优选的，步骤D所述分离包括机械剥离或震动分离。
优选的，所述排除反应器中的杂质气体的方法是向反应器中通入惰性气体。
优选的，所述惰性气体包括氦气或氩气。
本发明提供一种特定尺寸的石墨烯的制备方法，其有益效果包括：该方法成本低、效率高、尺寸可控性好，适用于大规模生产。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供一种特定尺寸的石墨烯的制备方法，具体步骤如下：
A：将尺寸为2*2mm的铜箔作为催化基底，用盐酸对表面进行清洗，去除铜箔表面氧化层，烘干放置于反应器中；
B：向反应器中通入流量为600sccm的氦气0.5h，排除杂质气体，然后通入流量为500sccm的氢气；
C：将铜箔温度升至970℃，通入流量为600sccm的甲烷，甲烷裂解生成碳原子，在氢气的辅助下，碳原子吸附于铜表面，生长成石墨烯；
D：快速降温至室温，取出产品，采用机械剥离方法将石墨烯与铜箔分离转移。所述快速降温至室温所需的时间为小于1min。
实施例2：
本实施例提供一种特定尺寸的石墨烯的制备方法，具体步骤如下：
A：以尺寸为1*2mm的镍箔作为催化基底，用盐酸对表面进行清洗，去除镍箔表面氧化层，烘干放置于反应器中；
B：向反应器中通入流量为600sccm的氦气0.5h，排除杂质气体，然后通入流量为300sccm的氢气；
C：将镍箔温度升至1050℃，通入流量为400sccm的乙烯，乙烯裂解生成碳原子，在氢气的辅助下，碳原子吸附于镍箔表面，生长成石墨烯；
D：快速降温至室温，取出产品，采用机械剥离方法将石墨烯与镍箔分离转移。所述快速降温至室温所需的时间为小于1min。
实施例3：
本实施例提供一种特定尺寸的石墨烯的制备方法，具体步骤如下：
A：将边长为1mm的六边形铜镍合金薄片作为催化基底，用盐酸对表面进行清洗，去除铜镍合金表面氧化层，烘干放置于反应器中；
B：向反应器中通入流量为500sccm的氩气0.5h，排除杂质气体，然后通入流量为400sccm的氢气；
C：将铜镍合金温度升至800℃，通入流量为500sccm的乙炔，乙炔裂解生成碳原子，在氢气的辅助下，碳原子吸附于铜镍合金表面，生长成石墨烯；
D：快速降温至室温，取出产品，采用机械剥离方法将石墨烯与铜镍合金分离转移。所述快速降温至室温所需的时间为小于1min。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。
Claims (9)
1.一种特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，以特定尺寸的金属箔作为催化基底，通入碳源在所述金属箔表面生成特定尺寸的石墨烯，具体步骤如下：
A：将特定尺寸的金属箔进行酸洗，去除表面氧化层；
B：排除反应器中的杂质气体，通入催化气体；
C：将金属箔温度升至600~1200℃，通入气态碳源，气态碳源裂解生成碳原子吸附于金属箔表面，生长成石墨烯；
D：快速降温至室温，分离石墨烯与金属箔。
2.根据权利要求1所述的特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述金属箔包括铜、镍或铜镍合金。
3.根据权利要求1所述的特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述催化气体为氢气。
4.根据权利要求1所述的特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述气态碳源为烃类气体。
5.根据权利要求4所述的特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述烃类气体包括甲烷、乙烯或乙炔。
6.根据权利要求1所述的特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述金属箔的形状包括矩形、椭圆形及六边形的一种。
7.根据权利要求1所述的特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤D所述分离包括机械剥离或震动分离。
8.根据权利要求1所述的特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述排除反应器中的杂质气体的方法是向反应器中通入惰性气体。
9.根据权利要求8所述的特定尺寸的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括氦气或氩气。
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