CN108220912A - 一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法 - Google Patents
一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108220912A CN108220912A CN201810044083.2A CN201810044083A CN108220912A CN 108220912 A CN108220912 A CN 108220912A CN 201810044083 A CN201810044083 A CN 201810044083A CN 108220912 A CN108220912 A CN 108220912A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- source gas
- nickel foil
- graphene film
- passed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0227—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2204/00—Structure or properties of graphene
- C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法，包括多晶镍箔表面清洗、表明活化处理、化学气相沉积步骤。其中化学气相沉积是将处理后的多晶镍箔放入真空炉中抽真空后加热并通入氩气；在炉内温度到达800℃时通入氢气，氢气流量控制为100~300sccm；在炉内温度到达950℃时通入碳源气体，碳源气体流量为2~6sccm；待石墨烯薄膜在多晶镍箔上生长5~10min后关闭氢气与碳源气体；控制炉内冷却速率为5~15℃/min，待温度降至700℃时二次升温；温度升至980℃开始通入碳源气体，碳源气体流量为1~4sccm；待石墨烯薄膜在多晶镍箔上生长10~20min后关闭氢气与碳源气体，控制冷却速率为5~15℃/min，最终得到亲水性石墨烯薄膜。本发明石墨烯薄膜的亲水性能和纯度高，拓展了其应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法，具体属于碳纳米材料表面改性技术领域。
背景技术
目前已知单层石墨烯材料为亲水材料，而两层及两层以上石墨烯薄膜为疏水材料，这一性质很大程度上限制了石墨烯的应用领域。为了改变这一现状，很多学者利用表面改性技术使得石墨烯的亲水性能提高，然而该技术需要使用表面活性剂，表面活性剂的使用虽然会改善石墨烯薄膜亲水性，但同时也引入其他离子，对石墨烯的原有性能造成影响。在发明对石墨烯生长的基底使用表面活性剂，促使石墨烯在基底上生长的过程发生改变，使得生长出来的石墨烯具有亲水性能。利用氢气在生长前期抑制表面活性剂的分解，待石墨烯生长完成后，调整工艺使表面活性剂在高温条件下分解，从而不会对石墨烯造成影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种在镍基上直接制备亲水性石墨烯薄膜的方法，从而解决现有技术中为了提高石墨烯亲水性而引入外来污染物，破坏石墨烯原有性能的技术问题。本发明直接用化学气相沉积法（CVD）在镍箔上制备出亲水性良好的石墨烯薄膜，所用的方法不会引入外来物质，破坏石墨烯薄膜原有的性质。
本发明一种在镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法步骤如下：
步骤1：多晶镍箔表面清洗
采用多晶镍箔作为金属基底，用清洗溶液超声清洗多晶镍箔表面10~20min；
步骤2：表明活化处理
用表面活性剂对多晶镍箔表面活化处理10~20min；
步骤3：化学气相沉积
将处理后的多晶镍箔放入真空炉中抽真空后加热并通入氩气；
在炉内温度到达800℃时通入氢气，氢气流量控制为100~300sccm；
在炉内温度到达950℃时通入碳源气体，碳源气体流量为2~6sccm；待石墨烯薄膜在多晶镍箔上生长5~10min后关闭氢气与碳源气体；
控制炉内冷却速率为5~15℃/min，待温度降至700℃时二次升温；温度升至980℃开始通入碳源气体，碳源气体流量为1~4sccm；待石墨烯薄膜在多晶镍箔上生长10~20min后关闭氢气与碳源气体，控制冷却速率为5~15℃/min，最终得到亲水性石墨烯薄膜。
所述的清洗溶液为为氨水或盐酸。
所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。
所述的碳源气体为甲烷、乙炔、乙烷。
本发明的有益效果：
本发明利用化学气相沉积技术在镍基上生长高质量（在拉曼光谱中无缺陷峰D，即该石墨烯薄膜的缺陷很少）、大面积的石墨烯，通过对镍箔表面处理和二次生长，使得通过CVD法在多晶镍箔上制备的石墨烯薄膜具有很好的亲水性能；通过本发明制备出的石墨烯薄膜具有缺陷低、质量高且亲水性好（该方法制备的石墨烯薄膜与水的接触角可以达到16.68°）等优点，可以适用于关联行业，为石墨烯提供更广阔的应用范围。
本发明提供了一种在镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法，制备过程中没有引入杂质和基团，保证了石墨烯的纯度，石墨烯薄膜亲水性能有很大的提升，石墨烯薄膜的性能好。
与其他的表面改性工艺相比，本发明方法简单易控，便捷，并且无污染，使得石墨烯的质量明显提高。
附图说明
图1为本发明石墨烯薄膜的拉曼图；图2为本发明石墨烯薄膜的TEM图；
图3为本发明实施例1制备的石墨烯薄膜与水的接触角图片。
具体实施方式
通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用。
实施例1
选择多晶镍箔作为金属基底，将镍箔放入0.2mol/L的盐酸溶液中超声清洗镍箔15min；
将清洗后的镍箔放入0.3mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液用表面活性剂对镍箔表面活化处理，处理时间为20min；
将活化处理后镍箔放入真空炉抽真空至10-2GPa后加热并通入300sccm氩气；
在炉内温度到达800℃时通入200sccm氢气；
待炉内温度到达950℃时通入4sccm的甲烷；生长10min,生长结束后关闭氢气与甲烷；
控制冷却速率为15℃/min；待温度将至700℃时二次升温；
温度升至980℃开始通入2sccm的甲烷；生长20min，生长结束后关闭碳源气体；
控制冷却速率为10℃/min，待冷却至室温，取出样品。
图1为本案例的方法制备出的石墨烯薄膜的拉曼图，从拉曼图中我们可以清晰的看出石墨烯的特征峰G峰和2D峰，证明了石墨烯成功生长在镍箔表面。图2显示为本发明的在镍箔上制备出的石墨烯薄膜的TEM图，从图中我们可以看出石墨烯的层数为6层。图3显示为本发明的在实施例一中镍箔上制备出的石墨烯薄膜与水的接触角图片，接触角θ=16.68°，可以得知石墨烯具有良好的亲水性。
实施例2
选择多晶镍箔作为金属基底，将镍箔放入0.2mol/L的盐酸溶液中超声清洗镍箔15min；
将清洗后的镍箔放入0.25mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液用表面活性剂对镍箔表面活化处理，处理时间为20min；
将活化处理后镍箔放入真空炉抽真空至10-2GPa后加热并通入280sccm氩气；
在炉内温度到达800℃时通入150sccm氢气；
待炉内温度到达950℃时通入3sccm的甲烷；生长8min,生长结束后关闭氢气与甲烷；
控制冷却速率为12℃/min；待温度将至700℃时二次升温；
温度升至980℃开始通入1sccm的甲烷；生长15min，生长结束后关闭碳源气体；
控制冷却速率为10℃/min，待冷却至室温，取出样品。
实施例3
选择多晶镍箔作为金属基底，将镍箔放入0.3mol/L的盐酸溶液中超声清洗镍箔20min；
将清洗后的镍箔放入0.4mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液用表面活性剂对镍箔表面活化处理，处理时间为15min；
将活化处理后镍箔放入真空炉抽真空至10-2GPa后加热并通入290sccm氩气；
在炉内温度到达800℃时通入100sccm氢气；
待炉内温度到达950℃时通入6sccm的甲烷；生长5min,生长结束后关闭氢气与甲烷；
控制冷却速率为14℃/min；待温度将至700℃时二次升温；
温度升至980℃开始通入3sccm的甲烷；生长10min，生长结束后关闭碳源气体；
控制冷却速率为8℃/min，待冷却至室温，取出样品。
Claims (1)
1.一种在镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法，特征在于，所述的方法步骤如下：
步骤1：多晶镍箔表面清洗
采用多晶镍箔作为金属基底，用清洗溶液超声清洗多晶镍箔表面10~20min；
步骤2：表明活化处理
用表面活性剂对多晶镍箔表面活化处理10~20min；
步骤3：化学气相沉积
将处理后的多晶镍箔放入真空炉中抽真空后加热并通入氩气；
在炉内温度到达800℃时通入氢气，氢气流量控制为100~300sccm；
在炉内温度到达950℃时通入碳源气体，碳源气体流量为2~6sccm；待石墨烯薄膜在多晶镍箔上生长5~10min后关闭氢气与碳源气体；
控制炉内冷却速率为5~15℃/min，待温度降至700℃时二次升温；温度升至980℃开始通入碳源气体，碳源气体流量为1~4sccm；待石墨烯薄膜在多晶镍箔上生长10~20min后关闭氢气与碳源气体，控制冷却速率为5~15℃/min，最终得到亲水性石墨烯薄膜；
所述的清洗溶液为为氨水或盐酸；
所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵；
所述的碳源气体为甲烷、乙炔、乙烷。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810044083.2A CN108220912B (zh) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | 一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810044083.2A CN108220912B (zh) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | 一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108220912A true CN108220912A (zh) | 2018-06-29 |
| CN108220912B CN108220912B (zh) | 2019-08-23 |
Family
ID=62641626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810044083.2A Active CN108220912B (zh) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | 一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108220912B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112665424A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-16 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种用于气、液换热的抗腐蚀印刷电路板换热器及涂覆工艺 |
| CN118222953A (zh) * | 2023-09-07 | 2024-06-21 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 提高镍金属表面能的方法、镍铜二元金属材料及其应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106587030A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-04-26 | 重庆大学 | 一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 |
| CN106829943A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-06-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种提高石墨烯膜表面亲水性的方法 |
| CN107311158A (zh) * | 2017-06-24 | 2017-11-03 | 南昌航空大学 | 一种在镍基上制备石墨烯薄膜并转移到其它基底的方法 |
-
2018
- 2018-01-17 CN CN201810044083.2A patent/CN108220912B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106829943A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-06-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种提高石墨烯膜表面亲水性的方法 |
| CN106587030A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-04-26 | 重庆大学 | 一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 |
| CN107311158A (zh) * | 2017-06-24 | 2017-11-03 | 南昌航空大学 | 一种在镍基上制备石墨烯薄膜并转移到其它基底的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| L. HUANG等: ""Synthesis of high-quality graphene films on nickel foils by rapid thermal chemical vapor deposition"", 《CARBON》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112665424A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-16 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种用于气、液换热的抗腐蚀印刷电路板换热器及涂覆工艺 |
| CN112665424B (zh) * | 2020-12-28 | 2023-03-07 | 中国长江三峡集团有限公司 | 一种用于气、液换热的抗腐蚀印刷电路板换热器及涂覆工艺 |
| CN118222953A (zh) * | 2023-09-07 | 2024-06-21 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 提高镍金属表面能的方法、镍铜二元金属材料及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108220912B (zh) | 2019-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106587030B (zh) | 一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 | |
| CN109545657B (zh) | 一种改善碳化硅衬底上生长的氧化镓薄膜的方法 | |
| CN103469173B (zh) | 空穴导电特性氧化镓膜的制备方法及空穴导电特性氧化镓膜 | |
| CN102583329B (zh) | 基于Cu膜辅助退火和Cl2反应的大面积石墨烯制备方法 | |
| CN102583331B (zh) | 基于Ni膜辅助退火和Cl2反应的大面积石墨烯制备方法 | |
| TWI748147B (zh) | 石墨烯膠膜的製備方法及石墨烯的轉移方法 | |
| CN106335897B (zh) | 一种大单晶双层石墨烯及其制备方法 | |
| CN106006619A (zh) | 一种特定尺寸的石墨烯的制备方法 | |
| CN103924208B (zh) | 一种制备多层石墨烯薄膜的方法 | |
| CN109023291B (zh) | 一种石墨烯薄膜及其制备方法与应用 | |
| CN106835067B (zh) | 一种锆合金表面石墨烯钝化处理防腐涂层的方法 | |
| CN108220912B (zh) | 一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法 | |
| CN107217239A (zh) | 一种改善常压化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜导电性能的方法 | |
| CN107604338A (zh) | 在绝缘衬底上制备大面积双层石墨烯薄膜的方法 | |
| CN105441902A (zh) | 一种外延碳化硅-石墨烯复合薄膜的制备方法 | |
| Yan et al. | Epitaxial growth and interfacial property of monolayer MoS 2 on gallium nitride | |
| CN107311157A (zh) | 一种以co2为碳源低温制备石墨烯的方法 | |
| CN107761071B (zh) | 无缺陷峰石墨烯薄膜的制备方法 | |
| CN109850908A (zh) | 一种二氧化硅/石墨烯复合物的制备方法及产品 | |
| CN108060458B (zh) | 一种非极性氮化铟纳米晶薄膜的制备装置和方法 | |
| CN101045997A (zh) | 制备氮化镓单晶薄膜材料的装置及方法 | |
| CN102505140A (zh) | 基于Ni膜辅助退火的石墨烯制备方法 | |
| CN109368622A (zh) | 一种在介电材料衬底上制备石墨烯的方法 | |
| CN103352203B (zh) | ECR-PEMOCVD在AlN缓冲层/金刚石薄膜/Si多层膜结构基片上低温沉积InN薄膜的制备方法 | |
| CN105177533B (zh) | 一种利用等离子体原位清洗mwcvd舱体的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |