CN112730558B - 一种基于金刚石/石墨烯异质结的耐超声电极及其制备方法 - Google Patents
一种基于金刚石/石墨烯异质结的耐超声电极及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于金刚石/石墨烯异质结的耐超声电极及其制备方法。具体地，本发明通过改进金刚石原位生长石墨烯所使用的催化剂的类型，获得了一种工艺更加经济安全、产品性能更优的制备金刚石/石墨烯异质结的制备方法。基于所述异质结，进一步获得了所述耐超声电极，其具有优异的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体地涉及一种基于金刚石/石墨烯异质结的耐超声电极及其制备方法。
背景技术
金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，其化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性，耐高压高温，不易老化，抗辐射能力强。还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等特点。相比较硅等电子材料，金刚石具有更加优越的物理性能。能够使金刚石在微电子领域得到广泛的应用，具有极其重要的理论和应用价值。
石墨烯是一种由碳原子通过sp2杂化轨道成键而成的、具有六边形蜂窝状晶格结构的二维原子晶体材料。具有一系列新奇的特性，包括反常量子霍尔效应、常温量子霍尔效应、超高的载流子迁移率、超高的机械强度和热导率、优异的透光性和导电性、超高的比表面积等。石墨烯一系列优异的特性使其在诸多领域中都有广阔的应用前景,如射频晶体管、透明导电薄膜、锂离子电池、超级电容器、光电检测、DNA测序、功能复合材料等。同时，石墨烯还具有着巨大的经济效益。而以Cu为基体的CVD法是当前最具前景的大面积单层石墨烯合成法是获得大面积高质量、层数可控的石墨烯的主要方法。但是由于金属的存在会对构筑器件的导电性产生影响，所以通过此种方法制备的石墨烯必须转移到介电层上才能构成有效的组装器件，复杂的转移过程总是不可避免地带来石墨烯的破损、褶皱，金属、溶剂残留污染以及操作繁复、成本高昂等问题。这对于制备高性能的电子器件是非常不利的。因此,转移过程成为了制约石墨烯制备工艺发展的极大难题，在一定程度上限制了石墨烯的应用与发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备更优性能的金刚石/石墨烯异质结的方法、使用所述方法制备的金刚石/石墨烯异质结、以及包含所述异质结的耐超声电极。
本发明的第一方面，提供了一种金刚石/石墨烯异质结的制备方法，包括如下步骤：
1)提供一金刚石，将所述金刚石置于含液态催化剂的坩锅中；
2)将所述坩锅放入管式炉中，在第一温度下进行热处理第一时间；
3)降温至第二温度，将所得样品置于刻蚀液中进行刻蚀处理，得到所述金刚石/石墨烯异质结。
在另一优选例中，所述金刚石选自下组：金刚石单晶、金刚石多晶、金刚石聚晶、或其组合。
在另一优选例中，所述液态催化剂为熔点低于300℃的金属。
在另一优选例中，所述液态催化剂为熔点低于200℃的金属。
在另一优选例中，所述液态催化剂选自下组：镓、铟、锡、铋、或其合金。
在另一优选例中，放入所述金刚石后，所述液态催化剂完全接触所述金刚石的下主表面。
在另一优选例中，所述第一温度为300－1000℃。
在另一优选例中，所述第一时间为5－60min。
在另一优选例中，所述第一温度是以5-20℃/min(较佳地8-12℃/min)的升温速率实现的。
在另一优选例中，所述第一温度为700-900℃，较佳地800-900℃。
在另一优选例中，所述第一时间为10-30min，较佳地10-20min。
在另一优选例中，步骤2)中，还持续通入8-20sccm的氢气。
在另一优选例中，所述第二温度是以10-60℃/min(较佳地40-50℃/min)的降温速率实现的。
在另一优选例中，所述第二温度为10-40℃，较佳地15-30℃。
在另一优选例中，所述刻蚀液选自下组：(NH4)2S2O8、H20、Fe2(SO4)3、H20、或其组合。
在另一优选例中，所述刻蚀液为(NH4)2S2O8与H20的混合液，混合比例为0.5-2g：20-60ml。
本发明的第二方面，提供了一种金刚石/石墨烯异质结，包含金刚石基底和结合于所述金刚石基底表面的石墨烯层，所述金刚石/石墨烯异质结是采用本发明第一方面所述方法制备的。
在另一优选例中，所述石墨烯层的面积为1cm2－100cm2，较佳地9cm2－64cm2，更佳地9cm2－25cm2。
在另一优选例中，所述石墨烯层的厚度为0.3nm－20μm，较佳地0.3nm-10μm，更佳地0.3nm－1μm，最佳地0.3nm-1nm。
在另一优选例中，所述金刚石/石墨烯异质结的载流子迁移率为50－1000cm2/Vs(较佳地100-300cm2/Vs，更佳地100-200cm2/Vs)。
本发明的第三方面，提供了一种耐超声电极，包含如下：
1)本发明第二方面所述的异质结；
2)位于所述异质结下方的柔性基底，所述柔性基底表面粘合有粘合胶带；和
3)导线；
所述异质结通过所述粘合胶带粘合于所述柔性基底，且所述异质结的石墨烯层位于远离所述柔性基底侧，所述导线连接所述石墨烯层和所述粘合胶带。
在另一优选例中，所述柔性基底为PET。
在另一优选例中，所述粘合胶带为铜胶带。
在另一优选例中，所述电极的有效工作面积为1～100平方厘米，较佳地8cm2－63cm2，更佳地8cm2－24cm2。
在另一优选例中，所述电极表面方阻在100～2000欧姆。
在另一优选例中，所述电极在超声的环境作用1～24小时，其电化学性能下降不超过10％。
本发明的第四方面，提供了一种本发明第三方面所述耐超声电极的制备方法，在本发明第一方面所述步骤1)-3)之后，还包括如下步骤：
4)将所述金刚石/石墨烯异质结、柔性基底、粘合胶带和导线组合，得到所述耐超声电极。
在另一优选例中，所述组合是指：将所述异质结置于粘合粘合胶带的柔性基底上，石墨烯层远离所述柔性基底，使用导线将石墨烯层与粘合胶带连接。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1为本发明电极的结构示意图。
图2为本发明中得到的金刚石/石墨烯异质结的流程示意图。
图3为实施例1得到的金刚石/石墨烯异质结中石墨烯层的Raman图。
图4为实施例2所得异质结中石墨烯层的拉曼mapping图。
图5为对比例1所得异质结C1的石墨烯层的拉曼mapping图。
图6为对比例2所得异质结C2的石墨烯层的拉曼mapping图。
具体实施方式
本发明人经过长期而深入的研究，通过改进金刚石原位生长石墨烯所使用的催化剂的类型，获得了一种工艺更加经济安全、产品性能更优的制备金刚石/石墨烯异质结的制备方法。具体地，所述制法以低熔点金属代替传统的高熔点金属作为催化剂，可在更低的处理温度下制得异质结电学性能更优且石墨烯基本为单层的金刚石/石墨烯异质结。所述异质结中金刚石和石墨烯之间具有优异的结合性能，包含所述异质结的电极性能稳定，可多次重复使用。在此基础上，发明人完成了本发明。
为了解决转移石墨烯带来的性能下降以及与基底结合力不稳无法作为电极使用的问题，本发明提供了一种基于金刚石/石墨烯异质结的耐超声电极及其制备方法。
本发明公开了一种基于金刚石/石墨烯异质结的耐超声电极，该电极包括带有至少一个工作面的金刚石本体(1)，由金刚石原位生长石墨烯形成，表面为金刚石-石墨烯复合薄膜的工作面(2)，数跟从所述工作面引出的导线(3)。
同时公布了该种耐超声电极工作面的制备方法，包括：
(1)将金刚石放入丙酮中，使用超声清洗机超声5～10分钟，再用酒精超声清洗并干燥。
(2)将步骤(1)清洗干净的金刚石置于盛满液态镓的石英坩埚中；
(3)将步骤(2)中石英坩埚放入管式炉内，快速升温至1000℃，退火处理10～120min后，快速冷却至室温，在管式炉内的整个反应过程中持续通入8～20sccm的氢气。
(4)将步骤(3)中反应完的样品取出，放入刻蚀液((NH4)2S2O8:H20＝1g:40ml)中刻蚀，将金刚石表面的残余镓刻蚀干净，最后再用去离子水清洗干净并干燥，即可获得金刚/石墨烯异质结构。
本发明的有益之处在于：本发明的制备方法利用金刚石自身为碳源，实现了在金刚石上原位生长石墨烯，从而避免了石墨烯转移这一过程，使得生长在金刚石表面的石墨烯与金刚石本体结合力强，不易脱落，可以作为电极工作面使用，极大地发挥了石墨烯的电学特性，且所得电极在超声环境下可以稳定存在，在电极表面附着污染物时，可以用超声的方法去除污染物而不影响电极本身的特性。
本方法制备利用金刚石自身为碳源，实现了在金刚石上原位生长石墨烯，从而避免了石墨烯转移这一过程，并且结合力高，电学性能优异。
与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：
(1)所述方法具有工艺更加经济安全、产品性能更优的特点；
(2)所述异质结具有更优的电学性能、结合性能；
(3)所述异质结中石墨烯可实现大面积的单层结构；
(4)所述电极性能稳定，可多次重复使用；
(5)所述电极易修饰，可负载各种金属纳米粒子针对多种待测物进行特异性识别。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
实施例1异质结1、电极1
将金刚石单晶置于盛满镓的石英坩埚中，放入管式炉内快速升温至1000℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入20sccm的H2。(实验流程如图2所示)生长结束后将样品放入刻蚀液((NH4)2S2O8:H20＝1g:40ml)内刻蚀40min，将其表面残留的镓去除干净，得到异质结1。工作面进行拉曼检测所得拉曼图如图3所示，反应所得的金刚石置于柔性基底PET中，PET上粘有铜胶带，将导线从电极工作面引致铜胶带上，获得所述电极1，所述电极结构界面如图1所示。
从图3可知：异质结1的结构是均质的。
经测试，在大面积下石墨烯I2D/IG均大于1.1，在大范围内是均质的，石墨烯厚度为单层与双层的混合，厚度小于1nm。
实施例2异质结2、电极2
将金刚石单晶置于盛满镓的石英坩埚中，放入管式炉内快速升温至900℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入8sccm的H2。生长结束后将样品放入刻蚀液((NH4)2S2O8:H20＝1g:40ml)内刻蚀30min，将其表面残留的镓去除干净，得到异质结2。反应所得的金刚石置于柔性基底PET中，PET上粘有铜胶带，将导线从电极工作面引致铜胶带上，获得所述电极2。
实施例3异质结3、电极3
将金刚石单晶置于盛满铟的石英坩埚中，放入管式炉内快速升温至900℃，退火10min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入15sccm的H2。生长结束后将样品放入刻蚀液((NH4)2S2O8:H20＝1g:40ml)内刻蚀30min，将其表面残留的铟去除干净，得到异质结3。反应所得的金刚石置于柔性基底PET中，PET上粘有铜胶带，将导线从电极工作面引致铜胶带上，获得所述电极3。
电学性能测试
使用飞白技术服务公司所提供的型号为HALL8800-Ⅱ在室温下用标准夹具使用标准测试方法进行霍尔测试。
经测算，实施例1-3所得异质结的载流子迁移率分别为200cm2/Vs、100cm2/Vs、150cm2/Vs。
拉曼测试
使用反射拉曼系统(Renishaw plc,Wotton-under-Edge,UK)进行拉曼mapping测试，测试条件为使用532nm激光，测试区域为3X3微米，步长为0.1微米，单个测试时间为20秒。
图4为实施例2所得异质结中石墨烯层的拉曼mapping图，从该图可知：通过拉曼mapping的表征，得知在3x 3μm的检测尺度下石墨烯I2D/IG的值均大于2，由此可知形成石墨烯的层数在3x 3μm尺度检测下为单层。
实施例4多巴胺检测
金刚石工作面引出银线，整体嵌入PDMS中，仅露出工作面，构成工作电极，电极浸没在含有多巴胺溶液的生物废水中，使用电化学工作站，运行c-v曲线，通过多巴胺溶液的特征峰测出多巴胺的浓度，随后取出电极，在超声环境下放置30min，去除吸附在电极上的多巴胺，随后电极可以重新用于多巴胺的检测，本身性能不会因为超声发生改变。
实施例5香草醛检测
金刚石工作面引出银线，整体嵌入PDMS中，仅露出工作面，构成工作电极，电极浸没在含有香草醛溶液的食品溶解液中，使用电化学工作站，运行c-v曲线，通过香草醛溶液的特征峰测出香草醛的浓度，随后取出电极，在超声环境下放置30min，去除吸附在电极上的香草醛，随后电极可以重新用于香草醛的检测，本身性能不会因为超声发生改变。
实施例6葡萄糖检测
金刚石工作面引出银线，整体嵌入PDMS中，仅露出工作面，构成工作电极，电极浸没在含有葡萄糖溶液的食品溶解液中，使用电化学工作站，运行c-v曲线，通过葡萄糖溶液的特征峰测出葡萄糖的浓度，随后取出电极，在超声环境下放置30min，去除吸附在电极上的葡萄糖，随后电极可以重新用于葡萄糖的检测，本身性能不会因为超声发生改变。
实施例7铁氰化钾检测
金刚石工作面引出银线，整体嵌入PDMS中，仅露出工作面，构成工作电极，电极浸没在含有铁氰化钾溶液的工业废水中，使用电化学工作站，运行c-v曲线，通过铁氰化钾溶液的特征峰测出葡萄糖的浓度，随后取出电极，在超声环境下放置60min，去除吸附在电极上的铁氰化钾，随后电极可以重新用于铁氰化钾的检测，本身性能不会因为超声发生改变。
实施例8工业废水检测
金刚石工作面引出银线，整体嵌入PDMS中，仅露出工作面，构成工作电极，电极浸没工业废水中，使用电解的方式电解出去工业废水中的重金属离子及其他污染物，运行24h后，将电极取出，置于超声环境中放置1h，去除吸附在电极上的重金属离子和其他污染物，电极本身性能不会因为超声而下降。
对比例1异质结C1
同实施例1，区别在于：采用铜代替镓作为催化剂，催化温度为1100℃。
所得异质结C1的载流子迁移率为8cm2/Vs。
图5为对比例1所得异质结C1的石墨烯层的拉曼mapping图，从该图可知：通过拉曼mapping的表征，得知在3x 3μm的检测尺度下石墨烯I2D/IG的值并不均匀，而且大部分小于0.5，可知大部分石墨烯为多层。
对比例2异质结C2
同实施例1，区别在于：采用铜膜代替镓作为催化剂，催化温度为1050℃。
所得异质结2的载流子迁移率为20cm2/Vs。
图6为对比例2所得异质结C2的石墨烯层的拉曼mapping图，从该图可知：通过拉曼mapping的表征，得知在3x 3μm的检测尺度下石墨烯I2D/IG的值并不均匀，而且大部分小于0.5，可知大部分石墨烯为多层。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (11)
1.一种金刚石/石墨烯异质结，其特征在于，
包含金刚石基底和结合于所述金刚石基底表面的石墨烯层；
所述金刚石/石墨烯异质结的载流子迁移率为100－300cm2/Vs；
其中，所述的金刚石/石墨烯异质结是用包括如下步骤的方法制备的：
1)提供一金刚石，将所述金刚石置于含液态催化剂的坩埚中；
2)将所述坩埚放入管式炉中，在第一温度下进行热处理第一时间；
3)降温至第二温度，将所得样品置于刻蚀液中进行刻蚀处理，得到所述金刚石/石墨烯异质结；
其中，所述的液态催化剂为熔点低于300℃的金属；且所述的液态催化剂选自下组：镓、铟、锡、铋；
所述金刚石选自下组：金刚石单晶、金刚石多晶、金刚石聚晶、或其组合；
所述第一温度为700－900℃；
所述第一时间为10-30min。
2.如权利要求1所述异质结，其特征在于，所述金刚石/石墨烯异质结的载流子迁移率为100-200cm2/Vs。
3.如权利要求1所述异质结，其特征在于，所述液态催化剂为熔点低于200℃的金属。
4.如权利要求1所述异质结，其特征在于，所述第一时间为10-20min。
5.如权利要求1所述异质结，其特征在于，所述第一温度为800-900℃。
6.如权利要求5所述异质结，其特征在于，所述第一时间为10-20min。
7.如权利要求1所述异质结，其特征在于，所述刻蚀液为(NH4)2S2O8与H2O的混合液，混合比例为0.5-2g：20-60ml。
8.一种权利要求1所述的金刚石/石墨烯异质结的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提供一金刚石，将所述金刚石置于含液态催化剂的坩埚中；
2)将所述坩埚放入管式炉中，在第一温度下进行热处理第一时间；
3)降温至第二温度，将所得样品置于刻蚀液中进行刻蚀处理，得到所述金刚石/石墨烯异质结；
其中，所述的液态催化剂为熔点低于300℃的金属；且所述的液态催化剂选自下组：镓、铟、锡、铋；
所述金刚石选自下组：金刚石单晶、金刚石多晶、金刚石聚晶、或其组合；
所述第一温度为700－900℃；
所述第一时间为10-30min。
9.一种耐超声电极，其特征在于，包含如下：
1)权利要求1所述的异质结；
2)位于所述异质结下方的柔性基底，所述柔性基底表面粘合有粘合胶带；和
3)导线；
所述异质结通过所述粘合胶带粘合于所述柔性基底，且所述异质结的石墨烯层位于远离所述柔性基底侧，所述导线连接所述石墨烯层和所述粘合胶带；
其中，所述电极的有效工作面积为1～100平方厘米；
所述电极表面方阻在100～2000欧姆。
10.如权利要求9所述的耐超声电极，其特征在于，所述电极在超声的环境作用1～24小时，其电化学性能下降不超过10％。
11.一种权利要求9所述耐超声电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提供一金刚石，将所述金刚石置于含液态催化剂的坩埚中；
2)将所述坩埚放入管式炉中，在第一温度下进行热处理第一时间；
3)降温至第二温度，将所得样品置于刻蚀液中进行刻蚀处理，得到所述金刚石/石墨烯异质结；和
4)将所述金刚石/石墨烯异质结、柔性基底、粘合胶带和导线组合，得到所述耐超声电极。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102583359A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-07-18 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种液态催化剂辅助化学气相沉积制备石墨烯的方法 |
| CN103172059A (zh) * | 2013-03-25 | 2013-06-26 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 石墨烯的制备方法 |
| CN104562195A (zh) * | 2013-10-21 | 2015-04-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 石墨烯的生长方法 |
| WO2016175195A1 (ja) * | 2015-04-28 | 2016-11-03 | 国立大学法人筑波大学 | グラフェンおよび電子素子ならびにこれらの製造方法 |
| CN108238597A (zh) * | 2016-12-23 | 2018-07-03 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种金刚石-石墨烯异质结构复合材料的制备方法 |
| CN109119499A (zh) * | 2017-06-26 | 2019-01-01 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种金刚石辐射探测器及其制备方法 |
| CN111517305A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-11 | 北京科技大学 | 一种高载流子浓度的石墨烯/金刚石复合结构制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| CN103172059A (zh) * | 2013-03-25 | 2013-06-26 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 石墨烯的制备方法 |
| CN104562195A (zh) * | 2013-10-21 | 2015-04-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 石墨烯的生长方法 |
| WO2016175195A1 (ja) * | 2015-04-28 | 2016-11-03 | 国立大学法人筑波大学 | グラフェンおよび電子素子ならびにこれらの製造方法 |
| CN108238597A (zh) * | 2016-12-23 | 2018-07-03 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种金刚石-石墨烯异质结构复合材料的制备方法 |
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| CN111517305A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-11 | 北京科技大学 | 一种高载流子浓度的石墨烯/金刚石复合结构制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Graphitization at interface between amorphous carbon and liquid gallium for fabricating large area graphene sheets;Jun-ichi Fujita等;《Journal of Vacuum Science & Technology B》;20091204;第27卷;第3063-3066页 * |
| Highly stable and regenerative graphene–diamond hybrid electrochemical biosensor for fouling target dopamine detection;Qilong Yuan等;《Biosensors and Bioelectronics》;20180405;第111卷;第117-123页 * |
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