[發明專利]用于石墨烯生長的玻璃陶瓷基材

有效

• 申請號: 201480058601.6
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN105683123B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: N·F·博雷利;C·R·費克特;劉鑫媛;宋真
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: C04B28/26
• 分類號: C04B28/26;C04B28/24;C01B32/186
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 項丹;江磊

本發明涉及一種用于合成石墨烯的絕緣的玻璃陶瓷基材，其包含能夠催化石墨烯生長的離散的、晶體的、納米相金屬區域。納米相區域可通過對含有相應金屬氧化物的玻璃陶瓷基材進行熱處理來形成。在真空化學氣相沉積(CVD)工藝中，由烴前體將單層和雙層石墨烯制備在改性的玻璃陶瓷基材之上。涂覆有石墨烯的玻璃陶瓷基材是導電的。

相關申請的交叉引用

本申請根據35U.S.C.§120，要求2013年10月23日提交的美國申請系列號14/061342的優先權，本文以該申請為基礎并將其全文通過引用納入本文。

背景

領域

本發明總體上涉及石墨烯的形成方法，更具體而言，涉及用于合成石墨烯的玻璃陶瓷基材。

技術背景

石墨烯是碳的二維同素異形體。石墨烯的結構包括排布于密堆積的蜂窩陣列中的單一平板狀sp²雜化的碳原子板。石墨烯中的碳-碳鍵的長度為大約0.142nm。一種石墨烯單層的示意圖如圖1所示。

大體上來說，石墨烯是石墨的孤立原子平面。作為一種二維晶體材料，石墨烯具有獨特的性質，包括高本征遷移率(200000cm²V^-1s^-1)、楊氏模量(大約1100GPa)、斷裂強度(42Nm^-1)、破裂強度(大約125GPa)、熱導率(大約5000Wm^-1K^-1)，表面積(2630m²g^-1)和大約97％的光學透射率。憑借這類卓越的性質，石墨烯在以下領域中具有廣泛的多種潛在應用：從納米機電諧振器和高性能場效應晶體管至清潔能源裝置、傳感器和抗菌產品。

石墨烯最先是從高定向熱解石墨(HOPG)上通過機械剝離來分離得到的?，F在已經廣為人知的是，每當石墨發生磨損，例如用鉛筆繪畫時，就會生成微小的石墨片碎片。石墨烯還可利用以下方法通過碳偏析來得到：將例如碳化硅的碳源在低壓下(大約10^-6托)加熱至高溫(＞1100℃)以將其還原為石墨烯。

缺乏廉價的生產高質量石墨烯的大規模合成途徑大大制約了其廣泛應用。所以，若能開發一種形成大面積石墨烯的經濟的方法，那將是有益的。

發明概述

根據本發明的實施方式，一種用于石墨烯生長的基材包含玻璃陶瓷主體和多個設置在該玻璃陶瓷主體表面上的納米相金屬島。這些金屬島能夠在CVD工藝中催化石墨烯的生長。一種石墨烯的形成方法包括將玻璃陶瓷基材的表面暴露于碳前體。

其產物可為涂覆有石墨烯的基材，其包含玻璃陶瓷主體、多個設置在該玻璃陶瓷主體的表面上的納米相金屬島和設置在這些金屬島上方的石墨烯層。在一些實施方式中，基材在石墨烯形成前是絕緣的，但石墨烯形成后，基材是導電的。

在以下的詳細描述中提出了本發明內容的附加特征和優點，其中的部分特征和優點對本領域的技術人員而言根據所作描述即容易理解，或者通過實施包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖在內的本文所述的本發明內容而被認識。

應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述給出了本發明內容的實施方式，用來提供理解要求保護的本發明內容的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發明的主題的進一步理解，附圖并入本說明書中并構成說明書的一部分。附圖例示了本發明的主題的各種實施方式，并與說明書一起對本發明的主題的原理和操作進行闡述。此外，附圖和說明書僅僅是示例性的，并不試圖以任意方式限制權利要求的范圍。

附圖的簡要說明

當結合以下附圖閱讀時，能對本發明下文的具體實施方式的詳細描述有最好的理解，附圖中相同的結構用相同的附圖標記表示，其中：

圖1是顯示石墨烯結構的示意圖；