[發明專利]一種原子尺度石墨烯溝槽的制備方法

有效

• 申請號: 201210213139.5
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102689897A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 魏子鈞;葉天揚;李晨;傅云義;黃如;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

1.一種原子尺度石墨烯溝槽的制備方法，其步驟包括：

1)制備石墨烯，并將其放置在耐高溫襯底上或者懸空；

2)在石墨烯表面淀積單個金屬原子或由若干原子組成的尺度在10nm以下金屬原子簇；

3)單個金屬原子或金屬原子簇在設定溫度400℃~800℃和Ar/H₂氛圍下刻蝕石墨烯，隨后自然冷卻至室溫后取出，并保存在干燥、真空或超凈環境內。

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，采用機械剝離、化學氣相合成和氧化石墨烯還原方法制備石墨烯。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，耐高溫襯底選用SiO₂/Si、BN、石英、云母、藍寶石或氧化石墨。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，刻蝕石墨烯的金屬原子為Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zn。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中在石墨烯表面淀積單個金屬原子的具體步驟為：先將石墨烯樣品放置在低壓金屬蒸氣中1min以上，使金屬原子吸附在樣品的表面，再將樣品放入STM腔中，并抽至超高真空，降溫至10K以下；將STM針尖移動至淀積金屬的區域進行圖像掃描，然后將針尖移至待移動的某一金屬原子處，并靠近金屬原子、直至捕獲該金屬原子，待狀態穩定后再勻速、緩慢地沿表面移動針尖，金屬原子隨STM針尖同步移至待刻蝕的石墨烯區域，最后使金屬原子與針尖分離，將金屬原子置于預設的位置。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中在石墨烯表面淀積金屬原子簇的具體步驟為：在石墨烯表面通過物理氣相淀積方法淀積金屬，厚度為0.5nm~5nm，再經退火處理即可形成金屬原子簇；或在石墨烯表面旋涂由金屬離子與可揮發性酸根離子組成的鹽溶液，再經過退火處理即可形成金屬原子簇。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，退火處理包括：在150℃~400℃下保溫5min~30min后自然冷卻，退火過程在Ar/H₂氛圍下進行，其中Ar和H₂流量分別在100sccm~500sccm和5sccm~50sccm范圍內。

8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中首先從室溫升至設定溫度時需緩慢上升，升溫速率<25oC/min，升溫時間不超過40min，在設定溫度的保溫時間控制在15min~2h之間；升溫、保溫和降溫過程中均需保持Ar/H₂氛圍不變，Ar和H₂的流量分別在100sccm~500sccm和5sccm~50sccm范圍內。