[發(fā)明專利]一種低溫化學(xué)氣相沉積生長石墨烯薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310080856.X
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103184425A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃孟瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫格菲電子薄膜科技有限公司
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02;C23C16/26;C30B25/00;C30B29/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低溫化學(xué)氣相沉積生長石墨烯薄膜的方法，屬于石墨烯電子薄膜材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯（Graphene）是一種有sp2雜化碳原子組成的六角型呈蜂巢狀的二維納米材料。目前，自由態(tài)石墨烯的制備方法大體可以分為物理方法和化學(xué)方法，物理方法包括微機(jī)械剝離法、取向附生法、外延生長法等；化學(xué)方法包括氧化石墨還原法、化學(xué)氣相沉積法等。其中，化學(xué)氣相沉積法可以獲得大面積、厚度均一的石墨烯。關(guān)于石墨烯的制備、大尺寸石墨烯薄膜的制備以及大尺寸石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移等方面，本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)做了一定的研究，任文才在“石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備”（石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備，任文才，2011，2，26（1）：71-79）一文中評述了化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯及其轉(zhuǎn)移技術(shù)的研究進(jìn)展。

現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于大面積的石墨烯薄膜通常是在多晶金屬的表面高溫（≥1100℃）熱解含碳?xì)怏w制備，然后轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上制備器件。然而，過高的生長溫度（≥1100℃）會(huì)很大程度限制襯底的選擇，同時(shí)規(guī)模生產(chǎn)制備石墨烯薄膜的難度高。低溫化學(xué)氣相沉積生長石墨烯薄膜不僅經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，而且工業(yè)化可行性高，對襯底的選擇范圍也隨之?dāng)U大，是石墨烯發(fā)展的必然趨勢。

利用Au-Ni合金催化劑生長石墨烯的溫度可以低至450℃，但是只能得到74%的單層石墨烯，而且拉曼光譜顯示，在晶界處，D峰（高峰）明顯高于G峰（低峰），石墨烯質(zhì)量較差。

用含碳液體作為碳源也可以降低生長石墨烯的溫度，有報(bào)道用苯作為碳源通過低壓化學(xué)氣相沉積法（LPCVD）在300℃生長石墨烯，遺憾的是所得到的石墨烯薄膜并不是連續(xù)的，難以滿足使用要求。

因此，本領(lǐng)域有開發(fā)一種能夠低溫條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積生長石墨烯薄膜方法的需求。所述方法制備得到的石墨烯薄膜需要具備良好的完整性和導(dǎo)電性

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種低溫生長石墨烯薄膜的方法。本發(fā)明所述的低溫為400-1000℃，優(yōu)選500-800℃。本發(fā)明提供的低溫生長石墨烯薄膜的方法制備得到的石墨烯薄膜具有良好的完整性和導(dǎo)電性。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種石墨烯薄膜的制備方法，至少包括以下步驟：

（1）對金屬襯底進(jìn)行平整處理；

（2）對步驟（1）得到的金屬襯底的表面進(jìn)行化學(xué)試劑摻雜；

（3）在保護(hù)氣氛下，將步驟（2）得到的金屬襯底進(jìn)行退火處理；

（4）將所述的金屬襯底與碳源接觸，加熱進(jìn)行反應(yīng)，得到石墨烯薄膜；

可選地，步驟（4）之后進(jìn)行步驟（5）：停止加熱，冷卻至室溫，取出生長有石墨烯薄膜的金屬襯底；

其中，步驟（2）所述化學(xué)試劑為金屬前驅(qū)體鹽。

本發(fā)明所述金屬前驅(qū)體鹽中的金屬元素選自鎳、鈷、鐵、鉑、金、鋁、鉻、銅、銀、鎂、錳、鉬、釕、鉭、鈦和鎢中的任意1種或至少2種，所述組合例如鎳/鉻的組合、錳/釕的組合、鈦/鋁/鎢的組合、鈷/鐵/鉑/鎳的組合等，優(yōu)選鎳、鈷、鐵、鉑、銅、銀中的任意1種或至少2種的組合。

前驅(qū)體是目標(biāo)產(chǎn)物的雛形樣品，即再經(jīng)過某些步驟就可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的前級產(chǎn)物，是催化劑領(lǐng)域常用的概念。本發(fā)明所述的金屬前驅(qū)體鹽為再經(jīng)過高溫加熱，即可得到相應(yīng)的金屬團(tuán)簇，這種金屬團(tuán)簇與生長襯底的金屬表面原子形成特定的納米結(jié)構(gòu)，這些納米結(jié)構(gòu)可以極大地降低碳源氣體裂解時(shí)的能量勢壘，起到了催化裂解的效果，從而降低了氣相沉積時(shí)的反應(yīng)溫度。常用的金屬前驅(qū)體鹽（或稱前驅(qū)體金屬鹽）可以是氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物、磷酸鹽等等，是本領(lǐng)域技術(shù)人員完全有能力獲得的，此處不再贅述。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的金屬前驅(qū)體鹽中，金屬離子的抗衡例子是本領(lǐng)域公知的，典型但非限制性的實(shí)例有氯離子、硝酸根離子、硫酸根離子、氫氧根離子中的任意1種或至少2種的組合，優(yōu)選氯離子和/或硝酸根離子。

進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明所述金屬前驅(qū)體鹽選自氯化鎳、硝酸鎳、氯化鈷、硝酸鈷、氯化銅、硝酸銅、氯化亞鐵、氯化鐵、硝酸鐵、氯鉑酸、氯化銀、硝酸銀中的任意1種或至少2種的組合，所述組合例如氯化鎳/硝酸鎳的組合、氯化鈷/氯化鎳的組合、硝酸鐵/硝酸銅的組合、氯鉑酸/硝酸銀的組合、氯化亞鐵/氯化銀的組合、氯化鈷/氯化銅/硝酸銀的組合等，優(yōu)選氯化鎳、硝酸鈷、氯化亞鐵、氯化鐵、硝酸銀中的任意1種或至少2種的組合。