CN110065271B

CN110065271B - 具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法

Info

Publication number: CN110065271B
Application number: CN201810062550.4A
Authority: CN
Inventors: 狄增峰; 贾鹏飞; 薛忠营; 孙银波; 马骏; 张苗; 王曦
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2038-01-23
Also published as: CN110065271A

Abstract

本发明提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，制备方法包括：提供一衬底；对衬底进行处理，以于衬底的表面形成一离子膜层；提供一石墨烯层，并转移石墨烯层至离子膜层的表面；将一探针置于石墨烯层上，并给探针施加一预设电压，以激发探针对应位置的部分离子膜层转换成对应的气体，该气体使得其对应位置的石墨烯层凸起以形成包覆该气体的石墨烯气泡，通过上述方案，本发明可以在任意衬底上制备得到石墨烯气泡，不受衬底限制；本发明的具有石墨烯气泡的石墨烯结构以及该结构的制备方法，可以精确地控制石墨烯气泡的形成位置，并实现了石墨烯气泡的大小以及形状等的高度可控，本发明的制备方法操作简单，具有很强的可操作性和实用价值。

Description

具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，特别是涉及一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及制备方法。

背景技术

石墨烯气泡作为一种充满气体的特殊石墨烯应变结构，能有效的调节石墨烯的狄拉克点和能带结构。关于石墨烯气泡的相关研究，近些年开始兴起。

目前，理论预测了石墨烯在施加一定方向的应力下能够产生数个特斯拉大小的赝磁场，其中，如此大的赝磁场已足以在不外加磁场的情况下观察到朗道能级分裂现象，并能够调制石墨烯的能带结构；紧接着，在Pt(111)上通过CVD生长的石墨烯区域边界处观察到了自然形成的石墨烯纳米气泡，通过STS测试发现气泡上出现一系列的朗道能级峰，拟合出气泡内均匀分布的高达300T的赝磁场，实验上首次证实了关于应力石墨烯产生赝磁场的理论。此外，石墨烯气泡在光学上可以用作纳米透镜，在谷电子学中可用作谷滤波器和分束器。

然而，目前国际上制备石墨烯气泡主要采用的方法有以下几种：1)CVD生长石墨烯过程中自然包裹气体形成气泡；2)注入气体离子退火后形成气泡；3)利用电化学方法电离水分子产生气泡。但是，以上几种方法存在诸多问题，如均不能实现对气泡位置的精确控制，气泡大小和形状的控制也较为困难等，另外，目前还没有方案可以解决在任意衬底上均可以形成石墨烯气泡的方案，往往对衬底有一定的限制，从而限制了石墨烯气泡的制备及引用。

因此，如何提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，用于解决现有技术中石墨烯气泡制备过程中大小、位置以及形状等难以控制以及制备石墨烯气泡的衬底受限等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一衬底；

2)对所述衬底进行处理，以于所述衬底的上表面形成一离子膜层；

3)提供一石墨烯层，并转移所述石墨烯层至所述离子膜层的上表面；以及

4)将一探针置于所述石墨烯层上，并给所述探针施加一预设电压，以激发所述探针对应位置的部分所述离子膜层转换成对应的气体，所述气体使得其对应位置的所述石墨烯层凸起以形成包覆所述气体的石墨烯气泡。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，对所述衬底进行处理的工艺包括采用溶液浸泡所述衬底以及采用等离子体活化处理所述衬底上表面中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，采用溶液浸泡的工艺时，所述溶液包括酸性溶液，其中，所述酸性溶液提供氢离子，以使得形成的所述离子膜层为氢离子膜层；采用等离子活化处理的工艺时，所述等离子体活化处理的气体源包括Ar、H2及N2中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)和步骤2)之间，还包括对所述衬底的上表面进行清洗的步骤。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述衬底包括Si衬底、Ge衬底、Si/SiO₂构成的叠层结构衬底、GaAs衬底、GaN衬底、SiC衬底、Cu衬底、Ni衬底及BN衬底所构成群组中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述石墨烯层包括单层石墨烯或多层石墨烯。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，转移所述石墨烯层的工艺包括机械剥离工艺。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述石墨烯气泡的底面形状包括点状、线状、圆形、方形及环形中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述探针包括原子力显微镜的AFM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述原子力显微镜选定所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置。

作为本发明的一种优选方案，采用所述原子力显微镜的接触模式选择所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置，且在所述接触模式下给所述AFM导电探针施加所述预设电压。

作为本发明的一种优选方案，设置所述原子力显微镜为自动模式，以连续制备出若干个所述石墨烯气泡。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述探针包括扫描隧道显微镜的STM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述扫描隧道显微镜选定所述STM导电探针置于所述石墨烯层上的位置。

作为本发明的一种优选方案，采用所述扫描隧道显微镜的恒流模式或恒高模式选择所述STM导电探针置于所述石墨烯层上的位置，并采用脉冲模式给所述STM导电探针施加所述预设电压。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述预设电压介于-12V～-2V之间。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述探针与所述石墨烯层之间的压力介于0nN～300nN之间。

作为本发明的一种优选方案，还包括步骤5)，重复步骤4)至少一次，以形成多个间隔排布的所述石墨烯气泡。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述预设电压依据需要形成的所述石墨烯气泡的大小设定；所述探针在所述石墨烯层上进行移动的区域依据需要形成的所述石墨烯气泡的底面形状设定。

本发明还提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构，包括：

衬底；

离子膜层，位于所述衬底的表面；以及

石墨烯层，位于所述离子膜层的表面，且所述石墨烯层上形成有至少一个由部分所述石墨烯层凸起形成的的石墨烯气泡，其中，所述石墨烯气泡内包覆有部分由所述离子膜层受预设电压激发转换成的相应的气体。

作为本发明的一种优选方案，所述石墨烯气泡的底面形状包括点状、线状、圆形、方形及环形中的任意一种；所述离子膜层包括氩离子膜层及氮离子膜层中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，所述离子膜层包括氩离子膜层及氮离子膜层中的任意一种。

如上所述，本发明的具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，具有以下有益效果：

本发明提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，在本发明的制备工艺下，人为形成一层离子膜层，可以实现在任意衬底制备得到石墨烯气泡，从而不受衬底限制，可以在转移的石墨烯层上制备得到石墨烯气泡；另外，本发明的具有石墨烯气泡的石墨烯结构以及该结构的制备方法，可以精确地控制形成石墨烯气泡的位置，并实现了石墨烯气泡的大小以及形状的高度可控，本发明的制备方法操作简单，具有很强的可操作性和实用价值。

附图说明

图1显示为本发明的具有石墨烯气泡的石墨烯结构制备的流程图。

图2显示为本发明的石墨烯结构制备中提供衬底的结构示意图。

图3显示为本发明的石墨烯结构制备中形成离子膜层的结构示意图。

图4显示为本发明的石墨烯结构制备中转移形成石墨烯层的结构示意图。

图5显示为本发明的石墨烯结构制备中将探针置于石墨烯层上的结构示意图。

图6显示为本发明的石墨烯结构制备中形成石墨烯气泡的结构示意图。

元件标号说明

100 衬底

101 离子膜层

102 石墨烯层

103 探针

104 石墨烯气泡

S1～S4 步骤1)～步骤4)

具体实施方式

以下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他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1～6所示，一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一衬底；

下面将结合附图详细说明本发明的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法。

首先，如图1中的S1及图2所示，进行步骤1)，提供一衬底100。

作为示例，步骤1)中，所述衬底包括Si衬底、Ge衬底、Si/SiO₂构成的叠层结构衬底、GaAs衬底、GaN衬底、SiC衬底、Cu衬底、Ni衬底及BN衬底所构成的群组中的任意一种。

具体的，在该步骤中提供一衬底100，以支撑并提供后续形成所述离子膜层101及石墨烯层102的结构基础，所述衬底100选自Si(硅)衬底、Ge(锗)衬底、Si/SiO₂(氧化硅)构成的叠层结构构成的衬底、GaAs(砷化镓)衬底、GaN(氮化镓)衬底、SiC(碳化硅)衬底、Cu(铜)衬底、Ni(镍)衬底及BN(氮化硼)中的任意一种，另外，所述衬底100也可以选自上述衬底中至少两者构成的叠层结构，当然，还可以是由本领域普通技术人员熟知的任意实现本方案功能的材料构成。

接着，如图1中的S2及图3所示，进行步骤2)，对所述衬底100进行处理，以于所述衬底100的表面形成一离子膜层101。

具体的，该步骤中，人为的对所述衬底100进行处理，提供一层离子膜层101，从而该离子膜层101可以作为后续形成气泡的气体来源，为后续的探针激发提供离子源，进而制备石墨烯气泡，因此，基于上述方案，本发明可以在任意衬底上形成具有石墨烯气泡的石墨烯层，即通过人为形成一层离子膜层，提供了形成石墨烯气泡的条件，从而无需考虑石墨烯的制备工艺，无需考虑衬底的选择，解决了石墨烯气泡结构在一些难以直接生长石墨烯层的衬底，如绝缘衬底等上面的应用受限的问题。

作为示例，步骤2)中，对所述衬底100进行处理的工艺包括采用溶液浸泡所述衬底100以及采用等离子体活化处理所述衬底100上表面中的任意一种。

作为示例，采用溶液浸泡的工艺时，所述溶液包括酸性溶液，其中，所述酸性溶液提供氢离子，以在经浸泡过的衬底的上表面形成一层氢离子膜层，以使得形成的所述离子膜层为氢离子膜层；采用等离子活化处理的工艺时，所述等离子体活化处理的气体源包括Ar、H₂及N₂中的任意一种。

具体的，作为一示例，可以通过采用溶液浸泡所述衬底100的方式在衬底的表面形成一层探针激发所需的离子膜层，如采用酸性溶液浸泡所述衬底，则会在衬底表面形成一层含有氢离子的氢离子膜层，氢离子在收到探针的激发时，转换成氢气，从而可以使得石墨烯层凸起以形成石墨烯气泡，其中，浸泡的时间优选10s以上。

另外，作为另一示例，还可以采用等离子活化处理所述衬底100的上表面的方法形成探针激发所需的离子膜层，如采用Ar、H₂及N₂中的任意一种或者及以上的混合进行等离子活化处理所述衬底表面，从而可以在衬底表面形成氩离子膜层、氢离子膜层以及氮离子膜层，该膜层在探针激发时转换成氩气、氢气以及氮气，从而可以使得石墨烯层凸起以形成石墨烯气泡，根据采用源离子的不同可形成不同气体的石墨烯气泡，优选采用上述任意一种气体源进行等离子体活化处理，从而可以更好的控制石墨烯气泡的位置、大小及形状等。其中，进行等离子体活化处理的时间优选10s以上。

作为示例，步骤1)和步骤2)之间，还包括对所述衬底100的表面进行清洗的步骤。

具体的，衬底在使用前优选要经过充分的清洗过程，以保证表面的清洁，从而可以制备得到质量较好的离子膜层，以最终得到性能较好的石墨烯气泡。其中，所述清洗采用丙酮、酒精、水，三步超声清洗的方法。

继续，如图1中的S3及图4所示，进行步骤3)，提供一石墨烯层102，并转移所述石墨烯层102至所述离子膜层101的上表面。

作为示例，步骤3)中，所述石墨烯层102包括单层石墨烯或多层石墨烯。

作为示例，转移所述石墨烯层101的工艺包括机械剥离工艺。

具体的，形成所述离子膜层之后，将所述石墨烯层102转移至所述衬底100上，置于所述离子膜层101的上表面，优选地，迅速转移石墨烯层到衬底上，间隔的时间越短越好，以避免长时间暴露会使所述离子膜层的离子挥发掉；另外，转移石墨烯层优选采用机械剥离的方法，以避免样品表面(所述衬底表面)二次浸泡溶液，影响最终得到石墨烯气泡的质量甚至无法得到石墨烯气泡。

另外，所述石墨烯层可为单层石墨烯，也可为多层石墨烯，均可以采用本发明的方案得到合适的石墨烯气泡。

最后，如图1中的S4及图5～6所示，进行步骤4)，将一探针103置于所述石墨烯层102上，并给所述探针103施加一预设电压，以激发所述探针103对应位置的部分所述离子膜层101转换成对应的气体，所述气体使得其对应位置的所述石墨烯层102凸起以形成包覆所述气体的石墨烯气泡104。

作为示例，所述预设电压介于-12V～-2V之间。

作为示例，所述探针103与所述石墨烯层102之间的压力介于0nN～300nN之间。

具体的，将所述探针103置于所述石墨烯层102上需要形成石墨烯气泡的位置，优选地，所述探针103与所述石墨烯层102的上表面相接触，所述探针103选定预设位置后，给所述探针103施加一个预设电压，在所述预设电压的激发下，受激发的部分所述离子膜层会转换成对应的气体，如所述离子膜层中的氢离子在所述预设电压下接收电子，转换成氢气，脱离所述衬底的表面，氢气会使其上方对应的部分所述石墨烯层凸起，形成了石墨烯气泡，如图6所示，其中，这里对应的气体是指所述离子膜层中所含有的离子接受预设电压激发后转换成的气体，如氢离子转换成氢气、氮离子转换成氮气。本发明实现了石墨烯气泡形成位置的高度可控，所述探针103的位置决定了所述石墨烯气泡104的形成位置，从而可以在石墨烯层的任意位置上制备所述石墨烯气泡。

其中，所述预设电压为-12V～-2V，所述预设电压的绝对值越大，形成的所述石墨烯气泡也就越大，控制预设电压的绝对值大于2V，从而更好使得所述离子膜层中的离子转换形成对应的气体，控制预设电压的绝对值小于12V，可以有效的防止气体气泡过大，最终使得石墨烯气泡破裂，优选地，所述预设电压介于-10V～-4V之间，本示例为-5V，从而可以得到质量较好的石墨烯气泡。

需要说明的，所述预设电压的施加时间不影响石墨烯气泡的大小，因此，可以在满足其他条件的情况下，缩短形成石墨烯气泡所需要的时间，提高工作效率。

优选地，当所述探针103与所述石墨烯层102接触的过程中，二者之间的压力小于200nN，从而在保证可以激发离子膜层的同时，所述石墨烯层的表面可以得到良好的保护。

作为示例，步骤4)中，所述石墨烯气泡104的底面形状包括点状、线状、圆形、方形及环形中的任意一种。

具体的，本发明的方法制备的石墨烯气泡的底面形状可以得到有效的控制，其依所述探针103移动的区域而决定，如其底面形状可以呈点状，即所述探针放置好以后不再移动，探针在特定的点进行激发，形成单个气泡，当探针带电扫过一条线时，可形成线形的石墨烯气泡，同样，当探针带电扫过一个什么样的区域时，就会得到什么形状使石墨烯泡沫，如当探针带电扫过一个矩形时，可形成底面形状为矩形的石墨烯气泡。

作为示例，步骤4)中，所述探针103包括原子力显微镜的AFM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述原子力显微镜选定所述AFM导电探针的放置位置。

作为示例，所述原子力显微镜在接触模式下选择所述AFM导电探针的放置位置，并在同一模式下于获取所述放置位置后给所述AFM导电探针施加所述预设电压。

作为示例，所述原子力显微镜设置为自动模式，以连续制备出若干个所述石墨烯气泡。

具体的，本示例提供一种选择需要形成石墨烯气泡位置以及施加预设电压的方法，在原子力显微镜(AFM)下，寻找到合适的需要形成石墨烯气泡的位置，当找到该合适的位置后，直接给原子力显微镜的探针，即AFM导电探针施加所述预设电压，从而可以激发所述离子膜层以最终形成石墨烯气泡，其中，原子力显微镜寻找合适位置的模式以及施加预设电压的模式优选均采用接触模式，且两个过程无需进行模式切换，操作灵活，简便适用。

另外，还可依据实际需求设定所述原子力显微镜的模式为自动模式，从而在该模式下，可以连续快速地制备出大量的石墨烯气泡。

作为示例，步骤4)中，所述探针包括扫描隧道显微镜的STM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述扫描隧道显微镜选定所述STM导电探针的放置位置。

作为示例，所述扫描隧道显微镜在恒流模式或恒高模式下选择所述STM导电探针的放置位置，并在获取所述放置位置后采用脉冲模式给所述STM导电探针施加所述预设电压。

具体的，本示例提供了另外一种选择选择需要形成石墨烯气泡位置以及施加预设电压的方法，其中，选择扫描隧道显微镜(STM)，在STM的普通模式(如恒流模式或恒高模式)下基于自身原理寻找合适的需要形成石墨烯气泡的位置，当找到该合适的位置后，将所述STM的模式选择为脉冲模式，在所述脉冲模式下给扫描隧道显微镜的探针，即所述STM导电探针施加所述预设电压，从而可以激发所述离子膜层以最终形成石墨烯气泡，不同模式的控制操作灵活，简便适用，可以得到良好的石墨烯气泡。

作为示例，还包括步骤5)，重复步骤4)至少一次，以形成多个间隔排布的所述石墨烯气泡104。

具体的，还可以依据实际的需求，重复步骤4)至少一次，当形成一个所述石墨烯气泡时，将所述探针103移动至另外的位置，以制备得到下一个石墨烯气泡，以此类推，可以形成任意需要个数的石墨烯气泡、需要位置及形状使石墨烯气泡。

作为示例，步骤4)中，所述预设电压依据需要形成的所述石墨烯气泡的大小设定；所述探针在所述石墨烯层上进行移动的区域依据需要形成的所述石墨烯气泡的底面形状设定。

需要进一步说明的，本发明的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，创造性地利用AFM(原子力显微镜)或STM(扫描隧道显微镜)探针，给探针施加一定的预设电压，来激发CVD生长的石墨烯下方的离子膜层，形成石墨烯包裹的对应气体的气泡，得到所述石墨烯气泡。该方法相比传统方法，能实现对石墨烯气泡大小、位置以及形状的高度可控，且方法操作简单，具有很强的可操作性和实用价值。

如图6所示，参见图1～5，本发明还提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构，其中，所述石墨烯结构优选采用本发明提供的石墨烯结构的制备方法制备得到，当然，并不局限于此，所述石墨烯结构包括：

衬底100；

离子膜层101，位于所述衬底100的表面；以及

石墨烯层102，位于所述离子膜层101的表面，且所述石墨烯层102上形成有至少一个由部分所述石墨烯层102凸起形成的的石墨烯气泡104，其中，所述石墨烯气泡104内包覆有部分由所述离子膜层101受预设电压激发转换成的相应的气体。

具体的，在该步骤中提供一衬底100，以支撑并提供后续形成所述离子膜层101及石墨烯层102的结构基础，所述衬底100选自Si(硅)衬底、Ge(锗)衬底、Si/SiO₂(氧化硅)构成的叠层结构衬底、GaAs(砷化镓)衬底、GaN(氮化镓)衬底、SiC(碳化硅)衬底、Cu(铜)衬底、Ni(镍)衬底及BN(氮化硼)中的任意一种，另外，所述衬底100也可以选自上述衬底中至少两者构成的叠层结构，当然，还可以是由本领域普通技术人员熟知的任意实现本方案功能的材料构成。

具体的，所述离子膜层101作为后续形成气泡的气体来源，即为后续的探针激发提供离子源，进而制备石墨烯气泡，所述离子膜层后续人为形成于所述衬底100表面，从而可以在任意衬底上形成具有石墨烯气泡的石墨烯层，即通过人为形成一层离子膜层，提供了形成形成气泡的条件，无需考虑石墨烯的制备工艺，无需考虑衬底的选择，解决了石墨烯气泡结构在一些难以直接生长石墨烯层的衬底，如绝缘衬底等上面的应用受限的问题，其中，所述离子膜层在预设电压的激发下，转换成相应的气体，所述相应的气体被释放从而使得所述石墨烯层凸起，形成了所述石墨烯气泡。

其中，所述离子膜层可以为基于溶液浸泡工艺形成的氢离子膜层，还可以是经等离子体活化处理所述衬底表面形成的氩离子膜层、氢离子膜层以及氮离子膜层。

作为示例，所述石墨烯气泡104的底面形状包括点状、线状、圆形、方形及环形中的任意一种；所述离子膜层包括氩离子膜层及氮离子膜层中的任意一种。

作为示例，所述石墨烯层可为单层石墨烯，也可为多层石墨烯，均可以采用本发明的方案得到合适的石墨烯气泡。

具体的，本发明的方法制备的石墨烯气泡的底面形状可以得到有效的控制，其依所述探针103移动的区域而决定，如其底面形状可以呈点状，即所述探针放置好以后不再移动，即探针在特定的点进行激发，形成单个气泡，当探针带电扫过一条线时，可形成线形的石墨烯气泡，同样，当探针带电扫过一个什么样的区域时，就会得到什么形状使石墨烯泡沫，如当探针带电扫过一个矩形时，可形成底面形状为矩形的气泡。

另外，所述预设电压的大小决定所述石墨烯气泡的大小，所述预设电压的绝对值越大，形成的所述石墨烯气泡也就越大，所述预设电压为-12V～-2V，控制预设电压的绝对值大于2V，从而更好使得所述离子膜层中的离子转换形成对应的气体，控制预设电压的绝对值小于12V，可以有效的防止氢气气泡过大，最终使得石墨烯气泡破裂，优选地，所述预设电压介于-10V～-4V之间，本示例为-5V，从而可以得到质量较好的石墨烯气泡。

综上所述，本发明提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，制备方法包括：提供一衬底；对所述衬底进行处理，以于所述衬底的表面形成一离子膜层；提供一石墨烯层，并转移所述石墨烯层至所述离子膜层的表面；以及将一探针置于所述石墨烯层上，并给所述探针施加一预设电压，以激发所述探针对应位置的部分所述离子膜层转换成对应的气体，所述气体使得其对应位置的所述石墨烯层凸起以形成包覆所述气体的石墨烯气泡，通过上述方案，本发明提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，在本发明的制备工艺下，可以实现在任意衬底制备得到石墨烯气泡，从而不受衬底限制，可以在转移的石墨烯层上制备得到石墨烯气泡；另外，本发明的具有石墨烯气泡的石墨烯结构以及该结构的制备方法，可以精确地控制形成石墨烯气泡的位置，并实现了石墨烯气泡的大小以及形状的高度可控，本发明的制备方法操作简单，具有很强的可操作性和实用价值。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供一衬底；

2.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，对所述衬底进行处理的工艺包括采用溶液浸泡所述衬底以及采用等离子体活化处理所述衬底上表面中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，采用溶液浸泡的工艺时，所述溶液包括酸性溶液，其中，所述酸性溶液提供氢离子，以使得形成的所述离子膜层为氢离子膜层；采用等离子活化处理的工艺时，所述等离子体活化处理的气体源包括Ar、H₂及N₂中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)之间，还包括对所述衬底的上表面进行清洗的步骤。

5.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述衬底包括Si衬底、Ge衬底、Si/SiO₂构成的叠层结构衬底、GaAs衬底、GaN衬底、SiC衬底、Cu衬底、Ni衬底及BN衬底所构成的群组中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述石墨烯层包括单层石墨烯或多层石墨烯；转移所述石墨烯层的工艺包括机械剥离工艺。

7.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述石墨烯气泡的底面形状包括圆形、方形及环形中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述探针包括原子力显微镜的AFM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述原子力显微镜选定所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置。

9.根据权利要求8所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，采用所述原子力显微镜的接触模式选择所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置，且在所述接触模式下给所述AFM导电探针施加所述预设电压。

10.根据权利要求8所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，设置所述原子力显微镜为自动模式，以连续制备出若干个所述石墨烯气泡。

11.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述探针包括扫描隧道显微镜的STM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述扫描隧道显微镜选定所述STM导电探针置于所述石墨烯层上的位置。

12.根据权利要求11所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，采用所述扫描隧道显微镜的恒流模式或恒高模式选择所述STM导电探针置于所述石墨烯层上的位置，并采用脉冲模式给所述STM导电探针施加所述预设电压。

13.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述预设电压介于-12V～-2V之间。

14.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述探针与所述石墨烯层之间的压力介于0nN～300nN之间。

15.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，还包括步骤5)，重复步骤4)至少一次，以形成多个间隔排布的所述石墨烯气泡。

16.根据权利要求1～15中任意一项所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述预设电压依据需要形成的所述石墨烯气泡的大小设定；所述探针在所述石墨烯层上进行移动的区域依据需要形成的所述石墨烯气泡的底面形状设定。