CN111807347A - 一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法 - Google Patents
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- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
Abstract
本发明涉及一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，包括以下步骤：步骤S1:对金属催化剂进行预处理；步骤S2:将预处理后的金属催化剂浸没在装满液态碳源的石英玻璃皿中；步骤S3:采用激光光源辐照金属催化剂，在金属催化剂表面生成石墨炔薄膜。本发明能够在常温常压下，快速制备石墨炔。
Description
技术领域
本发明涉及石墨炔制备领域，具体涉及一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法。
背景技术
合成、分离新的不同维数碳同素异形体是过去二三十年物质科学领域的研究焦点，科学家们先后发现了三维富勒烯、一维碳纳米管和二维石墨烯等新的碳同素异形体，这些材料均成为了国际学术研究的前沿和热点。石墨炔作为具有中国自主知识产权的新材料，在国际上产生重要影响，正在形成一个新的研究领域。
石墨炔是第一个以sp、sp2和sp3三种杂化态形成的一种单原子层结构的二维碳同素异形体。碳碳三键（s-p杂化）的石墨炔是碳家族中具有新的独特结构的物质，并且被誉为可能是人工合成的、非天然的碳同素异形体中稳定的一种。
与目前半导体工业的重要原材料硅和新型材料石墨烯相比，石墨炔同样也具有很好的导电性、稳定性，并且被预言为稳定且易合成的碳同素异形体。因此，石墨炔有望代替半导体材料硅，在电子产品生产中得到广泛应用。
伴随着石墨烯的研究热潮，其他单原子层的碳结构也相继被提出和合成。2D 碳家族的不断扩大打开了材料科学的新纪元。由于以硅为基础的科学技术拥有其自身的局限性，那么这些碳的同素异形体将有可能代替硅来制成更快更小的电学器件。很显然，单原子层的石墨烯具有比硅更快的电子移动速率。但是，石墨烯并不具有明显的能带隙，因此这将使其不适合被应用于场效晶体管。
相比石墨烯，石墨炔更适合被应用于场效晶体管。更值得关注的是，石墨炔的能带隙数值与硅（1.11 eV）很相近，而且石墨炔直接能带隙的存在，促进了光-电能的高效转换，有助于其在光电学器件上的应用。这些优点就使得石墨炔很可能成为硅电学器件的优异的替代材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，实现在常温常压下，快速制备石墨炔。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，包括以下步骤：
步骤S1:对金属催化剂进行预处理；
步骤S2:将预处理后的金属催化剂浸没在装满液态碳源的石英玻璃皿中；
步骤S3:采用激光光源辐照金属催化剂，在金属催化剂表面生成石墨炔薄膜。
进一步的，所述金属催化剂采用铜、镍、钌、钴、铁中的一种或其合金。
进一步的，所述液态碳源采用六炔基苯溶于溶剂。
进一步的，所述溶剂采用酸酐、吡啶、吗啉、二氧六环或苯。
进一步的，所述激光光源采用红外激光光源、可见光光源或紫外光源。
进一步的，所述激光光源脉宽为皮秒或纳秒，扫描速度为0.1-100 mm/s。
进一步的，所述激光光源的束斑直径在0.8-50微米，功率密度为104~106 W/cm2。
进一步的，所述步骤S3对激光光源设置按一定的图案对金属催化剂进行扫描照射，在所述的催化剂金属表面形成图案化石墨炔薄膜。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明制备方法，制作成本低，制备工艺简单，不仅制备的速度快，而且制备的环境无需特殊的要求，在常温常压的大气环境下就可进行。
附图说明
图1是本发明实施例1的制备示意图；
图2是本发明实施例2的制备示意图；
图3是本发明实施例2石墨炔的透射电子显微图
图4是本发明实施例2Raman光谱图；
图中：10-铜箔，11-石英玻璃器皿，12-六炔基苯溶液，13-激光光束，14-石墨炔薄膜，20-基板，21-金属镍，22-石英玻璃器皿，23-六炔基苯溶液，24-激光光束，25-上表面石墨炔，26-下表面石墨炔。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
实施例1:
请参照图1，本实施例中，优选的金属催化剂采用铜箔，液态碳源为六炔基苯溶液，激光光源为近红外光源，且波长为1.06μm，激光束斑为高斯光束，直径为30μm，功率密度为1×106 W/cm2；
具体步骤如下：
步骤S1:将铜箔10浸入到硝酸（70%，aq）中30-90秒；随后将铜箔浸入到去离子水中清洗5次以除去表面的残留物；接着分别用丙酮和异丙醇对铜箔进行冲洗，以除去水分，并用氮气吹干；最后将其置于管式炉中，在氢气的保护下，进行950℃的退火处理10分钟；
步骤S2:将六炔基苯溶液12装满石英玻璃皿11；然后将预处理后的铜箔浸入到六炔基苯溶液中，使其完全被六炔基苯溶液淹没；
步骤S3:采用激光光源13辐照置于六炔基苯溶液12中的铜箔10，以1 mm/s的速度进行图案化扫描；铜箔10可有效地吸收激光的能量而快速升温，从而吸收周围六炔基苯溶液的碳原子，使得碳原子吸附于铜箔表面，进而成核生长成石墨炔岛，当激光扫描结束时，铜箔快速降温，最终在铜箔10表面形成图案化石墨炔薄膜14。
实施例2：
请参照图2，本实施例中，优选的金属催化剂采用基板,基板可以为玻璃、二氧化硅或塑料，液态碳源为六炔基苯溶液，激光光源为近红外光源，且波长为1.06μm，激光束斑为高斯光束，直径为30μm，功率密度为2×105 W/cm2,
具体步骤如下：
步骤S1:在基板20上蒸镀一层金属镍21，其厚度为50-100nm；
步骤S2:将石英玻璃皿22中装满六炔基苯溶液23；然后将镀有金属镍的基板浸入到六炔基苯溶液中，使其完全被六炔基苯溶液淹没；
步骤S3:采用激光光源24辐照置于六炔基苯溶液23中的基板上的金属镍21，以1 mm/s的速度进行图案化扫描；金属镍21可有效地吸收激光的能量而快速升温，从而吸收周围六炔基苯溶液的碳原子，当激光扫描结束时，金属镍快速降温，从而使碳原子从金属镍的表面析出，最终在金属镍的上表面形成图案化石墨炔25，下表面也形成多层图案化石墨炔26，石墨炔的透射电子显微图如图3所示，图4为其Raman光谱；
步骤S4:利用一FeCl3水溶液将金属镍膜21剥离，此时在金属镍的下表面即金属镍与基板之间形成的图案化石墨炔26完整地留在基板20上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:对金属催化剂进行预处理；
步骤S2:将预处理后的金属催化剂浸没在装满液态碳源的石英玻璃皿中；
步骤S3:采用激光光源辐照金属催化剂，在金属催化剂表面生成石墨炔薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，其特征在于：所述金属催化剂采用铜、镍、钌、钴、铁中的一种或其合金。
3.根据权利要求1所述的一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，其特征在于：所述液态碳源采用六炔基苯溶于溶剂。
4.根据权利要求3所述的一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，其特征在于：所述溶剂采用酸酐、吡啶、吗啉、二氧六环或苯。
5.根据权利要求1所述的一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，其特征在于：所述激光光源采用红外激光光源、可见光光源或紫外光源。
6.根据权利要求1所述的一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，其特征在于：所述激光光源脉宽为皮秒或纳秒，扫描速度为0.1-100 mm/s。
7.根据权利要求1所述的一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，其特征在于：所述激光光源的束斑直径在0.8-50微米，功率密度为104~106 W/cm2。
8.根据权利要求1所述的一种常温常压下基于激光快速制备石墨炔的方法，其特征在于：所述步骤S3对激光光源设置按一定的图案对金属催化剂进行扫描照射，在所述的催化剂金属表面形成图案化石墨炔薄膜。
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| CN105523554A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-04-27 | 福州大学 | 一种常温常压下利用激光快速制备石墨烯的方法 |
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