[發明專利]石墨烯納米網的制備方法

有效

• 申請號: 201410577191.8
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104328389A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 易海麗;費廣濤;高旭東;王敏;胡澤敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/01;B82Y40/00;C25D11/26
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

技術領域

本發明涉及于一種納米網的制備方法，尤其是一種石墨烯納米網的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種由sp2雜化的碳原子以六方晶格排列構成的單原子層晶體，石墨烯中碳原子的這種排列方式與石墨中的單原子層碳的排列相似。它的這種獨特的二維單原子層晶體結構，賦予了它許多奇特的物理化學性質，例如量子霍爾效應、室溫下超高電子遷移速率、高機械強度、良好的光學通透性等。獨特的性質使其在微電子、傳感、光電器件、能源儲存、催化等眾多領域具有廣闊的應用前景。

石墨烯在電子學中的應用具有很大的潛力，但是由于它是零帶隙的半導體材料，因而在室溫下不能用于制備場效應晶體管。石墨烯納米網是指在石墨烯中存在著周期或準周期性的具有活性中心和邊緣的納米孔。由于這種特殊的網格結構，石墨烯納米網中存在著量子限域效應，它的帶隙能夠被打開，從而拓寬了其在電子學領域的應用。由此，人們為了獲得石墨烯納米網，做出了不懈的努力，如題為“graphene?nanomesh[J].”，Jingwei?Bai，et?al.，nature?nanotechnology，2010，190-194(“石墨烯納米網[J]”，白景衛，等，《自然納米技術》2010年，第190～194頁)的文章。該文中提及的石墨烯納米網的制備過程為，先采用機械剝離法獲得石墨烯后，將其轉移到表面覆有二氧化硅的硅片上，得到硅片-二氧化硅-石墨烯，再使用電子束蒸發法在硅片-二氧化硅-石墨烯的石墨烯上鍍10nm厚的硅的氧化物(SiOx)后，于SiOx表面旋涂一層聚(苯乙烯嵌甲基丙烯酸甲酯)(P(S-β-MMA))嵌段共聚物，得到中間產物，之后，先將中間產物歷經180℃退火2h、295nm紫外光光照30min、冰乙酸浸泡20min、去離子水清洗的過程，得到聚苯乙烯納米網-硅的氧化物膜-石墨烯-二氧化硅-硅片，再將其通過氫氟酸反應、離子刻蝕得到聚苯乙烯納米網-硅的氧化物納米網-石墨烯-二氧化硅-硅片后，將其依次通過氧反應離子刻蝕、氫氟酸溶液浸泡，得到產物——孔直徑為20～30nm的石墨烯納米網-二氧化硅-硅片。這種石墨烯納米網的制備方法雖能獲得石墨烯納米網，然其卻存在著反應過于復雜、制作成本較高和共聚物的去除比較困難之不足。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種工藝簡單、成本低廉的石墨烯納米網的制備方法。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：石墨烯納米網的制備方法包括化學氣相沉積法，特別是主要步驟如下：

步驟1，先使用化學氣相沉積法于銅箔表面生長出石墨烯，再于其上涂覆10～100g/L的聚甲基丙烯酸甲酯氯苯溶液，干燥后得到其上一面依次覆有石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯、另一面覆有石墨烯的銅箔；

步驟2，先將其上一面依次覆有石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯、另一面覆有石墨烯的銅箔置于等離子體清洗機中刻蝕掉銅箔另一面上的石墨烯后，將其置于15～19g/L的過硫酸鈉溶液中刻蝕掉銅箔，得到其上覆有聚甲基丙烯酸甲酯的石墨烯，再使用清潔處理過的其表面覆有二氧化硅的硅片于去離子水中撈取其上覆有聚甲基丙烯酸甲酯的石墨烯，干燥后得到其上依次覆有二氧化硅、石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯的硅片；

步驟3，先對其上依次覆有二氧化硅、石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯的硅片的聚甲基丙烯酸甲酯進行氧等離子體刻蝕30～50s，再用其于去離子水中撈取漂浮著的雙通二氧化鈦納米孔薄膜，干燥后得到其上依次覆有二氧化硅、石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯和雙通二氧化鈦納米孔薄膜的硅片；

步驟4，先對其上依次覆有二氧化硅、石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯和雙通二氧化鈦納米孔薄膜的硅片進行氧等離子體刻蝕100～180s，再將其置于有機溶劑中去除其上覆有的聚甲基丙烯酸甲酯和雙通二氧化鈦納米孔薄膜，制得石墨烯納米網；

所述石墨烯納米網由硅片表面依次覆有二氧化硅和石墨烯構成，其中，石墨烯的厚度為0.5～1.5nm，其為六方有序排列的納米孔網，納米孔網中孔的直徑為60～80nm、相鄰孔邊距為40～60nm。

作為石墨烯納米網的制備方法的進一步改進：

優選地，使用化學氣相沉積法于銅箔表面生長出石墨烯的過程為，將銅箔置于950～1050℃下的甲烷流量為5～10mL/min、氫氣流量為25～35mL/min的混合氣氛中，生長15～25min，獲得兩面均覆有0.5～1.5nm厚的石墨烯的銅箔。

優選地，涂敷聚甲基丙烯酸甲酯氯苯溶液為旋涂，旋涂時的轉速和時間依次分別為500r/min、6s和2000r/min、40～60s。