[發(fā)明專(zhuān)利]一種含鍺元素的摻雜石墨烯的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310034451.2
• 申請(qǐng)日: 2013-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103964417B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林朝暉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 福建省輝銳材料科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/186
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/186
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含鍺元素的摻雜石墨烯的制備方法。

背景技術(shù)

作為單層碳原子緊密堆積而成的二維晶體材料，石墨烯具有極高的載流子遷移率、高透光性、高強(qiáng)度等眾多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在電子、能源，生物和化學(xué)等領(lǐng)域有著重要的潛在應(yīng)用。目前制備高質(zhì)量石墨烯的方法主要有膠帶剝離法、碳化硅或金屬表面外延生長(zhǎng)法和化學(xué)氣相沉積法，然而制備出的單層石墨烯為零帶隙半導(dǎo)體，能否有效調(diào)控其電學(xué)特性決定著這種新材料在微電子等領(lǐng)域的應(yīng)用前途。

摻雜被認(rèn)為是調(diào)控石墨烯電學(xué)性質(zhì)的有效手段之一，但石墨烯完整的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)給其摻雜帶來(lái)很大困難。常見(jiàn)的摻雜方式主要包括物理?yè)诫s(金屬表面摻雜)，以及化學(xué)摻雜。其中，金屬表面摻雜多采用金屬納米粒子，蒸鍍?cè)谑┍砻妫佑|石墨烯的金屬納米顆粒與石墨烯發(fā)生電荷交換從而實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯載流子濃度的調(diào)控。化學(xué)摻雜則多是在石墨烯的制備過(guò)程中，摻雜氮原子等替換石墨烯的碳原子，而實(shí)現(xiàn)替位摻雜，形成電荷轉(zhuǎn)移。

目前的摻雜方法中存在不足，其中金屬表面摻雜方法中金屬表面不穩(wěn)定，而且對(duì)石墨烯載流子的調(diào)控能力較弱。而目前使用的氮原子的化學(xué)摻雜，對(duì)于石墨烯的表面結(jié)構(gòu)破壞厲害，盡管載流子濃度有所提高，遷移率卻大大下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種含鍺元素的摻雜石墨烯的制備方法。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種含鍺元素的摻雜石墨烯的制備方法，采用化學(xué)氣相沉積法制備含元素的摻雜石墨烯，所述方法包括以下步驟：將催化基底放入真空的反應(yīng)器中，然后向所述反應(yīng)器中通入含有碳元素和鍺烷的化合物，制得含有鍺元素的摻雜石墨烯。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述方法還包括電拋光處理催化基底表面。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述催化基底為銅片，所述電拋光處理催化基底步驟包括：配置電拋光溶液；將作為陽(yáng)極的目標(biāo)銅片與作為陰極的銅片置入電拋光溶液中，通電且保持電壓穩(wěn)定在1.5～6伏特1分鐘；將目標(biāo)銅片從電拋光溶液中取出，用去離子水清洗干凈，再用無(wú)水乙醇沖洗，最后氮?dú)獯蹈伞?/p>

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述電拋光溶液為去離子水，磷酸，乙醇，異丙醇，尿素配置而成的混合溶液。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述作為陰極的銅片厚度為6～200μm。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述向所述反應(yīng)器中通入含有碳元素和鍺烷的化合物，得到含有鍺元素的摻雜石墨烯包括步驟：通入含碳元素的化合物，使得含碳元素的化合物在銅表面裂解并生長(zhǎng)石墨烯；改變含碳元素的化合物流量，同時(shí)通入含鍺烷的化合物，制得含鍺元素的摻雜石墨烯。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述含碳元素的化合物為甲烷、所述步驟：通入含碳元素的化合物，使得含碳元素的化合物在銅表面裂解并生長(zhǎng)石墨烯；改變含碳元素的化合物流量，同時(shí)通入含鍺烷的化合物，制得含鍺元素的摻雜石墨烯為通入1sccm甲烷30秒，使得碳源在催化基底表面裂解并生長(zhǎng)石墨烯，改變甲烷流量至3sccm，同時(shí)通入0.1～0.5sccm鍺烷，保持在1000度10分鐘，制得含鍺元素的摻雜石墨烯。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述含有碳元素的化合物為一氧化碳、乙炔、乙醇、苯、甲苯、環(huán)己烷中的任一種。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述反應(yīng)器為真空管式爐。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，有如下的技術(shù)效果：使用含鍺烷化合物作為摻雜劑所獲得的摻雜石墨烯，對(duì)于石墨烯的六角結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞，且摻雜后獲得的含鍺元素的摻雜石墨烯的載流子濃度高，遷移率高。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明為一種含鍺元素的摻雜石墨烯的制備方法，采用化學(xué)氣相沉積法制備含鍺元素的摻雜石墨烯，所述方法包括如下步驟：將催化基底放入真空的反應(yīng)器中，然后向所述反應(yīng)器中通入含有碳元素和鍺烷的化合物，制得含有鍺烷的摻雜石墨烯。

在制備之前，還具有電拋光處理催化基底表面的步驟。

所述向所述反應(yīng)器中通入含有碳元素和鍺烷的化合物，得到含有鍺元素的摻雜石墨烯包括步驟：通入含碳元素的化合物，使得含碳元素的化合物在銅表面裂解并生長(zhǎng)石墨烯；改變含碳元素的化合物流量，同時(shí)通入含鍺烷的化合物，制得含鍺元素的摻雜石墨烯。

所述含有碳元素的化合物可為一氧化碳、甲烷、乙炔、乙醇、苯、甲苯、環(huán)己烷等。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述制備方法包括如下步驟：