CN114941128B - 基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法 - Google Patents
基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114941128B CN114941128B CN202210621350.4A CN202210621350A CN114941128B CN 114941128 B CN114941128 B CN 114941128B CN 202210621350 A CN202210621350 A CN 202210621350A CN 114941128 B CN114941128 B CN 114941128B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- nano diamond
- substrate
- upright
- upright graphene
- 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.)
- Active
Links
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 68
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- -1 graphene compound Chemical class 0.000 title claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 80
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 4
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 18
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 12
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 5
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 241000234282 Allium Species 0.000 description 4
- 235000002732 Allium cepa var. cepa Nutrition 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
- C23C14/025—Metallic sublayers
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0605—Carbon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，涉及直立石墨烯复合物制备技术领域，包括以下步骤：a，通过磁控溅射将金属催化剂均匀溅射在基底表面；b，将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于含碳气体环境中，制得纳米类金刚石薄膜；c，将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底，置于氢气环境下，缓慢升温，随后维持使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。通过产物扫描电镜照片，直立石墨烯生长在纳米类金刚石薄膜表面，有效提升与基底的附着力，适用于一些特殊功能器件，解决了形成的直立石墨烯层微观上底部有较多无定形碳影响材料质量和性能等问题。
Description
技术领域
本发明涉及直立石墨烯复合物制备技术领域，具体为基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法。
背景技术
在目前热门的新型材料方面，石墨烯作为一种“未来材料”备受关注。它是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料，其特征轻若无物，又坚比钢铁，以其优异的导电性、透光性和强韧度，将在电子、能源、环境等多个领域发挥非常大的应用潜力。
直立石墨烯是一种垂直于基底的墙状石墨烯纳米材料，具有较大的有效比表面积和优异的光学、电学性能，在光检测、电子发射、化学电极等光电器件中发挥重要作用。专利申请CN202210129657.2 一种直立石墨烯电化学微电极结构，公开了一种利用直立石墨烯结构的化学微电极结构，具有灵敏度高、稳定性好、使用寿命长等优点；专利申请CN202111350525.4一种直立石墨烯电化学电极检测芯片及其制作方法，公开了一种在基材上预制凹槽，直立石墨烯层生长填充于凹槽内，形成电化学电极集成化检测芯片，降低检测芯片的厚度，提高了后续应用的稳定性和可靠性。专利申请CN202111177924.5一种直立石墨烯/纳米银复合材料及其制备方法和应用，公开了直立石墨烯/纳米银复合材料，并应用在作为集流体材料在制备电池方面，直立石墨烯具有低的微观结构曲折度和较小的质量，是理想的直流体材料。诸如此类关于直立石墨烯的研究和应用还有很多，可见直立石墨烯以其优异的特性和使用效果，在各个领域已经备受关注。
但是，直立石墨烯在边缘位置具有大量的结构缺陷，现有的直立石墨烯主要利用化学气相沉积将碳原子沉积在基底上，制备工艺复杂且制备条件苛刻，阵列间距较小，且垂直方向的尺寸生长受限；形成的直立石墨烯层微观上底部有较多无定形碳影响材料质量和性能，宏观上易刮蹭、掉渣，不耐异物直接接触。目前，人工合成直立石墨烯的方法主要有化学气相沉积法（CVD）、激光法等，这些方法生成的直立石墨烯层底部含有大量未石墨化的无定形碳薄膜，极大影响了直立石墨烯结构在光学、电学器件的性能。
因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。
发明内容
本发明为了解决目前直立石墨烯层底部含有大量未石墨化的无定形碳薄膜，极大影响了直立石墨烯结构在光学、电学器件的性能等一系列问题，提供了基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法。
本发明采用如下技术实现：
本发明提供基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法具体工艺如下：
a，磁控溅射
通过磁控溅射将金属催化剂均匀溅射在基底表面；
b，制备纳米类金刚石薄膜
在600~900 ˚C下，将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于含碳气体环境中，制得纳米类金刚石薄膜；
c，制备直立石墨烯复合物
将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底，置于氢气环境下，缓慢升温，随后维持在800~1000℃，维持时间为10~60min，使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。氢气的加入有助于刻蚀掉纳米类金刚石薄膜中的洋葱碳（无定型碳），促使亚稳态的纳米类金刚石薄膜石墨化，此外由于纳米类金刚石薄膜自身的内应力较大，当对其施加高温时，晶体结构内部不稳定，内应力释放促使直立石墨烯结构的生成。
进一步的，步骤c中，升温速率为5~30˚C /min，进一步的，升温速率为8~24˚C /min；优选的，升温速率为10˚C /min，通过温度控制实现基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物可控制备。
进一步的，步骤b、c中，在保护气体保护下进行，气体流量为20~200sccm；保护气体为稀有气体或氮气，优选的，步骤b、c中，在氩气保护下进行。
进一步的，步骤c中，通入的氢气流量为1~50 sccm。
进一步的，步骤a中金属催化剂为镍、钴、金中的一种元素或多种元素混合的组合。
进一步的，基底由块状半导体材料制成；更进一步的，基底为硅和锗中至少一种。
进一步的，含碳气体为有机物气体的一种或其他组合，这里不做具体限制；更进一步的，含碳气体为甲烷、乙烯、乙炔、乙醇中的一种或多种混合气体，气体流量为1~100sccm。
进一步的，步骤b中，除含碳气体外，还可同时通入含掺杂元素的气源，用以实现不同掺杂程度的材料制备，具体的，使用PEDOT蒸汽作为碳源，对其进行S掺杂。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，通过调节升温速率、衬底温度及时间实现基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物的可控制备，解决了现有直立石墨烯的合成方法，在直立石墨烯边缘位置具有大量的结构缺陷，操作步骤简单，所用设备容易获得且易于维护，对操作环境的要求低，可推广范围大；在制备过程中，有利于减弱生长前期无定形碳的生成，提高石墨化程度。通过电镜观察，结合利用本发明技术制备的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜的扫描电镜照片，可以看到直立石墨烯生长在纳米类金刚石薄膜表面，这种薄膜结构能有效提升与基底的附着力，适用于一些特殊功能器件，解决了形成的直立石墨烯层微观上底部有较多无定形碳影响材料质量和性能等问题。纳米类金刚石薄膜是一种由石墨碎片、洋葱碳和金刚石晶粒以新型的共价键组成的网架结构，具有较高的硬度、耐磨性和良好的化学稳定性。将纳米类金刚石薄膜与直立石墨烯复合将有助于提升直立石墨烯材料与基底的附着力，有望满足苛刻工况下的应用条件。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，具体步骤如下：
a，磁控溅射
通过磁控溅射将金属催化剂均匀溅射在干燥的基底表面；
b，制备纳米类金刚石薄膜
在600~900 ˚C下，将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于含碳气体环境中，制得纳米类金刚石薄膜；
c，制备直立石墨烯复合物
将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底置于管式炉中，排尽管式炉中的空气，通入保护气体和氢气，保护气体防止升温及生长过程中外部空气的渗入导致材料的氧化，缓慢升温，随后维持在800~1000℃，维持时间为10~60min，使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。
优选的，步骤c中，升温速率为5~30˚C /min，优选的，升温速率为10˚C /min。
优选的，步骤b中薄膜制备过程，在管式炉内使用稀有气体或氮气保护下进行；气体流量为20~200sccm；更优选的，在氩气的保护下进行。
优选的，步骤c中，在管式炉内通入的保护气体为稀有气体或氮气，气体流量为20~200sccm；通入的氢气流量为1~50 sccm。
优选的，步骤a中金属催化剂为镍、钴、金中的一种元素或多种元素混合的组合。
优选的，基底由块状半导体材料制成；更进一步的，基底为硅或锗中至少一种。
优选的，含碳气体为甲烷、乙烯、乙炔、乙醇中的一种或多种混合气体；气体流量为1~100sccm。
优选的，步骤b中，除含碳气体外，还可同时通入含掺杂元素的气源，具体的，使用PEDOT蒸汽作为碳源，对其进行S掺杂。
优选的，将基底依次在丙酮、乙醇、去离子水清洗溶液中进行超声清洗1~30min，除去基底表面上的有机无机杂质，氮气吹干备用。
实施例1
基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，具体步骤如下：
a，磁控溅射
选取硅片作为基底，将基底依次在丙酮、乙醇、去离子水清洗溶液中进行超声清洗，洗净为准，除去基底表面上的有机无机杂质，氮气吹干备用，通过磁控溅射将镍作为催化剂均匀溅射在干燥的基底表面；
b，制备纳米类金刚石薄膜
将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于管式炉，在800 ˚C下通入甲烷，气体流量为100sccm，加热过程中在氩气保护下进行，氩气的气体流量为100 sccm，制得纳米类金刚石薄膜；
c，制备直立石墨烯复合物
将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底置于管式炉中，排尽管式炉中的空气，通入氩气和氢气，氩气的气体流量为100 sccm，氩气防止升温及生长过程中外部空气的渗入导致材料的氧化，氢气的气体流量为50 sccm，按照10˚C /min的速率缓慢升温，随后维持在800℃，维持时间为30min，使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。
对上述步骤制得的无铅压电陶瓷薄膜进行检验
1、扫描电镜
将制得的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜在电镜下进行扫描观察晶粒。
如图1所示，观察得直立石墨烯生长在纳米类金刚石薄膜表面，纳米类金刚石薄膜是一种由石墨碎片、洋葱碳和金刚石晶粒以新型的共价键组成的网架结构，具有较高的硬度、耐磨性和良好的化学稳定性。将纳米类金刚石薄膜与直立石墨烯复合将有助于提升直立石墨烯材料与基底的附着力，满足苛刻工况下的应用条件。。氢气的加入有助于刻蚀掉纳米类金刚石薄膜中的洋葱碳（无定型碳），促使亚稳态的纳米类金刚石薄膜石墨化，此外由于纳米类金刚石薄膜自身的内应力较大，当对其施加高温时，晶体结构内部不稳定，内应力释放促使直立石墨烯结构的生成。因此这种薄膜结构能有效提升与基底的附着力，有利于应用于一些特殊功能器件。
实施例2
基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，具体步骤如下：
a，磁控溅射
选取硅片作为基底，将基底依次在丙酮、乙醇、去离子水清洗溶液中进行超声清洗，洗净为准，除去基底表面上的有机无机杂质，氮气吹干备用，通过磁控溅射将镍作为催化剂均匀溅射在干燥的基底表面；
b，制备纳米类金刚石薄膜
将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于管式炉，在600 ˚C下通入乙醇，气体流量为80sccm，加热过程中在氮气保护下进行，氮气的气体流量为20 sccm，制得纳米类金刚石薄膜；
c，制备直立石墨烯复合物
将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底置于管式炉中，排尽管式炉中的空气，通入氮气和氢气，氮气的气体流量为20 sccm，氮气防止升温及生长过程中外部空气的渗入导致材料的氧化，氢气的气体流量为1 sccm，按照25˚C /min的速率缓慢升温，随后维持在900℃，维持时间为25min，使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。
实施例3
基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，具体步骤如下：
a，磁控溅射
选取锗片作为基底，将基底依次在丙酮、乙醇、去离子水清洗溶液中进行超声清洗，洗净为准，除去基底表面上的有机无机杂质，氮气吹干备用，通过磁控溅射将钴作为催化剂均匀溅射在干燥的基底表面；
b，制备纳米类金刚石薄膜
将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于管式炉，在700 ˚C下通入乙烯，气体流量为20sccm，加热过程中在氩气保护下进行，氩气的气体流量为90 sccm，制得纳米类金刚石薄膜；
c，制备直立石墨烯复合物
将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底置于管式炉中，排尽管式炉中的空气，通入氩气和氢气，氩气的气体流量为90 sccm，氩气防止升温及生长过程中外部空气的渗入导致材料的氧化，氢气的气体流量为30sccm，按照5˚C /min的速率缓慢升温，随后维持在860℃，维持时间为60min，使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。
实施例4
基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，具体步骤如下：
a，磁控溅射
选取锗片作为基底，将基底依次在丙酮、乙醇、去离子水清洗溶液中进行超声清洗，洗净为准，除去基底表面上的有机无机杂质，氮气吹干备用，通过磁控溅射将金作为催化剂均匀溅射在干燥的基底表面；
b，制备纳米类金刚石薄膜
将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于管式炉，在900 ˚C下通入乙炔，气体流量为1sccm，加热过程中在氮气保护下进行，氮气的气体流量为200 sccm，制得纳米类金刚石薄膜；
c，制备直立石墨烯复合物
将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底置于管式炉中，排尽管式炉中的空气，通入氮气、氢气，氮气的气体流量为200 sccm，氮气防止升温及生长过程中外部空气的渗入导致材料的氧化，氢气的气体流量为20sccm，按照30˚C /min的速率缓慢升温，随后维持在1000℃，维持时间为10min，使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a，磁控溅射
通过磁控溅射将金属催化剂均匀溅射在基底表面；
b，制备纳米类金刚石薄膜
在600~900 ˚C下，将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于含碳气体环境中，制得纳米类金刚石薄膜；
c，制备直立石墨烯复合物
将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底，置于氢气环境下，缓慢升温，随后维持在800~1000℃，维持时间为10~60min，使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，其特征在于：步骤c中，升温速率为5~30˚C /min。
3.根据权利要求2所述的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，其特征在于：步骤c中，升温速率为10˚C /min。
4.根据权利要求1所述的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，其特征在于：步骤a中所述金属催化剂为镍、钴、金中的一种元素或多种元素混合的组合；所述基底由块状半导体材料制成；所述含碳气体为甲烷、乙烯、乙炔、乙醇中的一种或多种混合气体，气体流量为1~100sccm。
5.根据权利要求4所述的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，其特征在于：所述基底为硅或锗中至少一种。
6.根据权利要求1所述的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，其特征在于：步骤b、c在保护气体保护下进行，气体流量为20~200sccm，氢气的气体流量为1~50sccm。
7.根据权利要求1所述的基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，其特征在于：步骤b中，除含碳气体外，同时通入含掺杂元素的气源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210621350.4A CN114941128B (zh) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | 基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210621350.4A CN114941128B (zh) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | 基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114941128A CN114941128A (zh) | 2022-08-26 |
| CN114941128B true CN114941128B (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=82909683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210621350.4A Active CN114941128B (zh) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | 基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114941128B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115894061B (zh) * | 2022-10-24 | 2023-08-11 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种直立石墨烯纳米片复合散热薄膜及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101016624A (zh) * | 2005-09-30 | 2007-08-15 | 日本财团法人高知县产业振兴中心 | 等离子体化学气相沉积装置及等离子体表面处理方法 |
| JP2008239369A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Toyota Motor Corp | カーボンナノウォール（ｃｎｗ）の精製方法、精製されたカーボンナノウォール、燃料電池用触媒層の製造方法、燃料電池用触媒層、及び固体高分子型燃料電池 |
| CN103407988A (zh) * | 2013-02-27 | 2013-11-27 | 上海大学 | 一种低温制备石墨烯薄膜的方法 |
| CN104498894A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-04-08 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种多孔金刚石薄膜的制备方法 |
| CN109722642A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 深圳先进技术研究院 | 设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101019029B1 (ko) * | 2007-08-14 | 2011-03-04 | 한국과학기술연구원 | 그라핀 하이브리드 물질 및 그 제조 방법 |
| US20190376928A1 (en) * | 2018-06-11 | 2019-12-12 | Wei Zheng | Electrochemical Stripping Analysis Using Vertically Free Standing Graphene containing Carbon Nanosheets as Electrode Materials |
| CN113767065A (zh) * | 2019-03-01 | 2021-12-07 | 联邦科学及工业研究组织 | 垂直支化石墨烯 |
| US20200325574A1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-10-15 | California Institute Of Technology | Single-step direct growth of large-area graphene and graphene-based nanostructures on silicon by plasma-enhanced chemical vapor deposition |
| KR102333477B1 (ko) * | 2020-02-05 | 2021-12-02 | 한국과학기술연구원 | 다이아몬드-그래핀 하이브리드 구조 기반 일체형 열관리 소재의 제조 및 모듈화 방법 |
-
2022
- 2022-06-02 CN CN202210621350.4A patent/CN114941128B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101016624A (zh) * | 2005-09-30 | 2007-08-15 | 日本财团法人高知县产业振兴中心 | 等离子体化学气相沉积装置及等离子体表面处理方法 |
| JP2008239369A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Toyota Motor Corp | カーボンナノウォール（ｃｎｗ）の精製方法、精製されたカーボンナノウォール、燃料電池用触媒層の製造方法、燃料電池用触媒層、及び固体高分子型燃料電池 |
| CN103407988A (zh) * | 2013-02-27 | 2013-11-27 | 上海大学 | 一种低温制备石墨烯薄膜的方法 |
| CN104498894A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-04-08 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种多孔金刚石薄膜的制备方法 |
| CN109722642A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 深圳先进技术研究院 | 设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Interface Engineering of a Silicon/Graphene Heterojunction Photodetector via a Diamond-Like Carbon Interlayer;Jun Yang，等;ACS Appl. Mater. Interfaces;第4692-4702页 * |
| 螺旋波等离子体制备多种碳基薄膜原位诊断研究;季佩宇，等;物理学报;第097201页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114941128A (zh) | 2022-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5065336B2 (ja) | カーボンナノチューブフィルムの製造方法 | |
| KR101312454B1 (ko) | 그래핀의 저온 제조 방법, 및 이를 이용한 그래핀 직접 전사 방법 및 그래핀 시트 | |
| US20120282446A1 (en) | Carbon materials, product comprising the same, and method for preparing the same | |
| CN101508421B (zh) | 用于场电子发射器的碳纳米纤维/碳纳米管异质纳米阵列及其制备技术 | |
| KR20160044977A (ko) | 비정질 탄소원자층의 형성방법 및 비정질 탄소원자층을 포함하는 전자소자 | |
| US8591990B2 (en) | Microfiber supported metal silicide nanowires | |
| EP2257496A2 (en) | System and method for nanotube growth via ion implantation using a catalytic transmembrane | |
| CN104085887B (zh) | 一种化学气相沉积法制备石墨烯 | |
| CN110668436B (zh) | 一种超薄纳米级石墨炔薄膜的制备方法 | |
| CN114941128B (zh) | 基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法 | |
| KR101209791B1 (ko) | 연료전지용 금속분리판 및 이의 표면처리방법 | |
| CN109437124B (zh) | 一种合成单层过渡金属硫族化合物的方法 | |
| CN111562297B (zh) | 一种基于碳材料/掺硼金刚石复合电极的非酶生物传感器及其制备方法和应用 | |
| CN108666358B (zh) | 过渡金属硫属化合物与氮化硼或石墨烯异质结的制备方法 | |
| CN107298439B (zh) | 一种利用飞秒激光制备石墨烯片的方法 | |
| CN113621926A (zh) | 一种低应力类金刚石耐磨涂层及其制备方法 | |
| CN109119327A (zh) | 在纳米图形化蓝宝石衬底上外延生长氮化铝的方法 | |
| CN100573778C (zh) | 场发射阴极及其制造方法 | |
| JPS62202897A (ja) | ダイヤモンドの製造方法 | |
| Oh et al. | Large-scale, single-oriented ZnO nanostructure on h-BN films for flexible inorganic UV sensors | |
| CN108910868B (zh) | 一种在绝缘衬底上制备石墨烯枝晶的方法 | |
| Rusop et al. | Effects of methane gas flow rate on the optoelectrical properties of nitrogenated carbon thin films grown by surface wave microwave plasma chemical vapor deposition | |
| TWI762150B (zh) | 石墨烯奈米帶複合結構及其製備方法 | |
| CN103915319A (zh) | 一种转移cvd石墨烯制备石墨烯器件的方法 | |
| CN108417618B (zh) | 一种Si衬底异质结构器件及其制备方法 |
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 |