CN114920238A - 一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，涉及到石墨烯材料领域，类石墨烯材料由绝缘基底和位于绝缘基底上的石墨烯组成，且石墨烯位于绝缘基底的一面或两面。本发明中改性石墨烯材料具备良好的绝缘和导热性能，提高了石墨烯材料的材料性能；本发明中石墨烯的生长过程在绝缘衬底上进行，可得到1‑3层石墨烯材料，无需对生长得到的材料进行转移，可直接应用于电子器件。通过梯度控制各步的条件，本发明实现了精确控制石墨烯的成核和生长速度，使其在绝缘衬底上均匀分布，褶皱密度可降低至1×10‑5个/μm2以下。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯材料领域，特别涉及一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料。
背景技术
石墨烯是单原子层厚度、蜂窝状结构的二维原子晶体，它是由碳sp2轨道杂化成键而成。
石墨烯材料的导电性普遍不够高，且其导热功能较差。
因此，发明一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，所述类石墨烯材料由绝缘基底和位于所述绝缘基底上的石墨烯组成，且所述石墨烯位于所述绝缘基底的一面或两面；
所述石墨烯的厚度为150-250个原子层；
石墨烯材料的改性制备方法，包括如下步骤：
将绝缘基底置于化学气相沉积系统中，通入碳源和氮源进行化学气相沉积，沉积完毕降温至室温，得到所述改性石墨烯材料，其中，沉积温度为900-1100℃，所述化学气相沉积步骤中，碳源为乙醇；
通过梯度法控制改性石墨烯材料生长条件制备超低褶皱密度石墨烯材料；所述梯度法具体为：
低温阶段：生长温度为900-1500℃，气态碳源流量为0.001-0.02L/min，氢气流量为1-25L/min，C/H比0.01％-0.1％，氮气流量为0.5-1L/min，气体压力为500-1000mbar，持续时间1-25min；
升温阶段：在5-15min内将温度匀速升高31-250℃，气态碳源流量保持不变，降低氢气流量，C/H比匀速升至0.2％-1％，氮气流量匀速降至0.05-0.3L/min，气体压力匀速降至100-400mbar；
高温阶段：与低温阶段温差为31-250℃，气态碳源流量保持不变，C/H比0.2％-1％，氮气流量为0.05-0.3L/min，气体压力为100-400mbar，持续时间10-60min；
上述C/H比均为碳源和氢气的流量之比。
优选的，所述绝缘基底包含玻璃、SiO2/Si片，氮化硼，C3N4，SiC，Si片中的一种或几种。
优选的，所述改性石墨烯材料表面经过真空环境升温至500-1100℃，以去除改性石墨烯材料表面多余气体。
优选的，所述改性石墨烯材料中的氮源替换为二氧化碳源。
优选的，所述碳源使用气态碳源，所述气态碳源为改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷。
优选的，所述改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷的改性方法为，将改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷存入高压罐中，将其加热到沸点以上充入同比例的二氧化碳后冷却。
优选的，将绝缘基底置于化学气相沉积系统中，通入碳源和氮源进行化学气相沉积，沉积完毕降温至室温，得到所述改性石墨烯材料，同时通入碳源和氮源进行化学气相沉积；或者，直接通入含氮的碳源进行化学气相沉积；或者，先通入碳源一段时间，后通入氮源进行化学气相沉积。
优选的，所述化学气相沉积步骤中，沉积的方法选自低压热化学气相沉积法、熔融热化学气相沉积法、常压热化学气相沉积法。
优选的，所述化学气相沉积步骤中，氮源包含苯胺，乙腈，甲胺，甲胺醇溶液，乙胺，乙醇胺，吡啶，硝基苯，氨气中的一种或几种。
优选的，所述化学气相沉积步骤中，碳源为乙醇，沉积温度为1000-1100℃；沉积时间为31min-25h；所述降温步骤为自然降温，快速降温或程序控制降温。
本发明的技术效果和优点：
本发明中石墨烯的生长过程在绝缘衬底上进行，可得到1-3层石墨烯材料，无需对生长得到的材料进行转移，可直接应用于电子器件。通过梯度控制各步的条件，本发明实现了精确控制石墨烯的成核和生长速度，使其在绝缘衬底上均匀分布，褶皱密度可降低至1×10-5个/μm2以下；
本发明中改性石墨烯材料具备良好的绝缘和导热性能，提高了石墨烯材料的材料性能。
附图说明
图1为本发明工艺结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，所述类石墨烯材料由绝缘基底和位于所述绝缘基底上的石墨烯组成，且所述石墨烯位于所述绝缘基底的一面或两面；
所述石墨烯的厚度为150-250个原子层；
石墨烯材料的改性制备方法，包括如下步骤：
将绝缘基底置于化学气相沉积系统中，通入碳源和氮源进行化学气相沉积，沉积完毕降温至室温，得到所述改性石墨烯材料，其中，沉积温度为900-1100℃，所述化学气相沉积步骤中，碳源为乙醇；
通过梯度法控制改性石墨烯材料生长条件制备超低褶皱密度石墨烯材料；所述梯度法具体为：
低温阶段：生长温度为900-1500℃，气态碳源流量为0.001-0.02L/min，氢气流量为1-25L/min，C/H比0.01％-0.1％，氮气流量为0.5-1L/min，气体压力为500-1000mbar，持续时间1-25min；
升温阶段：在5-15min内将温度匀速升高31-250℃，气态碳源流量保持不变，降低氢气流量，C/H比匀速升至0.2％-1％，氮气流量匀速降至0.05-0.3L/min，气体压力匀速降至100-400mbar；
高温阶段：与低温阶段温差为31-250℃，气态碳源流量保持不变，C/H比0.2％-1％，氮气流量为0.05-0.3L/min，气体压力为100-400mbar，持续时间10-60min；
上述C/H比均为碳源和氢气的流量之比。
所述绝缘基底包含玻璃、SiO2/Si片，氮化硼，C3N4，SiC，Si片中的一种或几种。
所述改性石墨烯材料表面经过真空环境升温至500-1100℃，以去除改性石墨烯材料表面多余气体。
所述改性石墨烯材料中的氮源替换为二氧化碳源。
所述碳源使用气态碳源，所述气态碳源为改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷。
所述改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷的改性方法为，将改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷存入高压罐中，将其加热到沸点以上充入同比例的二氧化碳后冷却。
将绝缘基底置于化学气相沉积系统中，通入碳源和氮源进行化学气相沉积，沉积完毕降温至室温，得到所述改性石墨烯材料，同时通入碳源和氮源进行化学气相沉积；或者，直接通入含氮的碳源进行化学气相沉积；或者，先通入碳源一段时间，后通入氮源进行化学气相沉积。
所述化学气相沉积步骤中，沉积的方法选自低压热化学气相沉积法、熔融热化学气相沉积法、常压热化学气相沉积法。
所述化学气相沉积步骤中，氮源包含苯胺，乙腈，甲胺，甲胺醇溶液，乙胺，乙醇胺，吡啶，硝基苯，氨气中的一种或几种。
所述化学气相沉积步骤中，碳源为乙醇，沉积温度为1000-1100℃；沉积时间为31min-25h；所述降温步骤为自然降温，快速降温或程序控制降温。
Claims (10)
1.一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述类石墨烯材料由绝缘基底和位于所述绝缘基底上的石墨烯组成，且所述石墨烯位于所述绝缘基底的一面或两面；
所述石墨烯的厚度为150-250个原子层；
石墨烯材料的改性制备方法，包括如下步骤：
将绝缘基底置于化学气相沉积系统中，通入碳源和氮源进行化学气相沉积，沉积完毕降温至室温，得到所述改性石墨烯材料，其中，沉积温度为900-1100℃，所述化学气相沉积步骤中，碳源为乙醇；
通过梯度法控制改性石墨烯材料生长条件制备超低褶皱密度石墨烯材料；所述梯度法具体为：
低温阶段：生长温度为900-1500℃，气态碳源流量为0.001-0.02L/min，氢气流量为1-25L/min，C/H比0.01％-0.1％，氮气流量为0.5-1L/min，气体压力为500-1000mbar，持续时间1-25min；
升温阶段：在5-15min内将温度匀速升高31-250℃，气态碳源流量保持不变，降低氢气流量，C/H比匀速升至0.2％-1％，氮气流量匀速降至0.05-0.3L/min，气体压力匀速降至100-400mbar；
高温阶段：与低温阶段温差为31-250℃，气态碳源流量保持不变，C/H比0.2％-1％，氮气流量为0.05-0.3L/min，气体压力为100-400mbar，持续时间10-60min；
上述C/H比均为碳源和氢气的流量之比。
2.根据权利要求1所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述绝缘基底包含玻璃、SiO2/Si片，氮化硼，C3N4，SiC，Si片中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述改性石墨烯材料表面经过真空环境升温至500-1100℃，以去除改性石墨烯材料表面多余气体。
4.根据权利要求1所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述改性石墨烯材料中的氮源替换为二氧化碳源。
5.根据权利要求1所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述碳源使用气态碳源，所述气态碳源为改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷。
6.根据权利要求5所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷的改性方法为，将改性甲烷、改性乙烷、改性乙烯、改性乙炔或改性丁烷存入高压罐中，将其加热到沸点以上充入同比例的二氧化碳后冷却。
7.根据权利要求1所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：将绝缘基底置于化学气相沉积系统中，通入碳源和氮源进行化学气相沉积，沉积完毕降温至室温，得到所述改性石墨烯材料，同时通入碳源和氮源进行化学气相沉积；或者，直接通入含氮的碳源进行化学气相沉积；或者，先通入碳源一段时间，后通入氮源进行化学气相沉积。
8.根据权利要求1所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述化学气相沉积步骤中，沉积的方法选自低压热化学气相沉积法、熔融热化学气相沉积法、常压热化学气相沉积法。
9.根据权利要求1所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述化学气相沉积步骤中，氮源包含苯胺，乙腈，甲胺，甲胺醇溶液，乙胺，乙醇胺，吡啶，硝基苯，氨气中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的一种具有绝缘导热功能的类石墨烯材料，其特征在于：所述化学气相沉积步骤中，碳源为乙醇，沉积温度为1000-1100℃；沉积时间为31min-25h；所述降温步骤为自然降温，快速降温或程序控制降温。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220819 |