[發明專利]一種石墨烯-SiC薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201410391805.3
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104120402A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 陳照峰;汪洋
• 申請（專利權）人: 蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司
• 主分類號: C23C16/32
• 分類號: C23C16/32;C23C16/26;C23C16/52
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種石薄膜的制備方法，特別是涉及一種石墨烯-SiC薄膜的制備方法。

背景技術

石墨烯是碳家族中的新成員，它是由碳原子以六角形元胞緊密堆棧而成的厚度僅0.35nm的單層二維蜂窩狀晶體。石墨烯是目前已知的世界上最薄的材料成為構成材料的基本單元，石墨烯也是最結實的材料之一，其機械強度是世界上最好的鋼的強度的100倍。另外石墨烯是一種沒有能隙的半導體，載流子在其中的遷移率高達2×10⁵cm²/V，比硅中電子遷移率高100倍。石墨烯還具有已知材料中最快的導熱率，其熱導率可達5000W·m^-1·K^-1，是金剛石的3倍，還具有室溫量子霍爾效應和鐵磁性等特殊性質。由于石墨烯具有近乎完美的晶體結構和優異的晶體學性質成本低廉可加工性等眾多優點，將在電子信息能源材料和生物醫藥等領域具有重大的應用前景。

文獻“申請號為200910219530.4的中國專利”公開了一種基于石墨烯/硅肖特基結的光伏電池及其制備方法，該方法采用直接轉移、甩膜、噴涂、浸沾、過濾、干燥的方法制備石墨烯薄膜使其與基底電極上的n-Si緊密結合；該光伏電池具有降低硅的使用率，組裝工藝簡單、成本低的特點。但是該現有技術僅將石墨烯進行簡單共混。因此共混制備成復合材料后存在界面粘結性能差等缺點。

文獻[Wenyi?Huang，Jianfeng?Yu，Kwang?Joo?Kwak，L?James?Lee，et?al.Adv.Mater.2013，25，4668-4672]報道了一種制備含有強鍵官能團的石墨烯的方法，該方法通過控制功能石墨烯(GP-SO₃H)納米紙和硅橡膠的含量來制得，所制備的石墨烯與基體之間具有很強的共價鍵結合，使之可以與硅晶片結合的更緊密。但是該方法中功能石墨烯(GP-SO₃H)納米紙的制備難度大，成本高，不適合推廣，并且由于其設備為水平結構的石英管式爐，硅橡膠所產生的灰分易影響石墨烯的質量，同時該方法中所制備的石墨烯層數以及均勻性難以控制，使所制備的材料性能下降。

發明內容

本發明的目的旨在克服石墨烯薄膜存在與基體界面粘結性能差的缺陷，提供一種能有效改善石墨烯和基體的界面結合力的石墨烯-SiC薄膜的制備方法。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：一種石墨烯-SiC薄膜的制備方法，其特征在于采用乙烯和硅橡膠作為碳源和硅源，將過渡金屬襯底和硅橡膠置于真空反應系統中，在除去真空腔內氧氣的情況下，維持室內真空度1-500Pa，并升溫至600-1100℃，將氫氣注入真空腔中，再將碳源氣體注入真空腔中，同時保持氫氣流量，保溫1-100分鐘，降溫速率為10-60℃/min。所述的硅橡膠為粉末，顆粒尺寸為100微米-1000微米，通過氣流載入，供給速度為1g-10g/min。乙烯流量為5-100mL/min，氫氣流量為0-50mL/min。

本發明的有益效果：1.工藝簡單，可實現大面積生長；2.所制備的石墨烯薄膜非常光滑，電阻可控，且由于所制備的石墨烯含強健官能團，能實現與基體緊密結合。

附圖說明

圖1是制備石墨烯-SiC薄膜設備原理圖：

10為金屬襯底；

圖2是所制備的石墨烯-SiC薄膜的結構示意圖：

20為基體；30為石墨烯-SiC薄膜；40為官能團位點。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。

實施例1

如圖1所示，一種石墨烯-SiC薄膜的制備方法，采用乙烯和硅橡膠作為碳源和硅源，將鎳金屬襯底置于真空反應爐中，硅橡膠粉末顆粒尺寸為100微米，通過乙烯氣體載入。首先維持室內真空度100Pa，然后升溫至1000℃，再將氫氣注入真空腔中，流量為5mL/min，再將乙烯氣體注入真空腔中，流量為50mL/min，硅橡膠粉末供給速度為5g/min，保溫10分鐘后降溫，降溫速率為40℃/min。

實施例2