[發明專利]一種常溫常壓下利用激光快速制備石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201610078743.X
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105523554B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 胡海龍;郭太良;黃航;朱敬光;李福山;楊尊先;周雄圖;張永愛;葉蕓;孫磊
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種常溫常壓下利用激光快速制備石墨烯的方法，包括以下步驟：提供一催化劑金屬；提供一液態碳源，將催化劑金屬浸沒在該液態碳源中；提供一激光光源，使其透過液態碳源照射于該催化劑金屬上，使催化劑金屬瞬間加熱，液態碳源在催化劑金屬的作用下在催化劑金屬表面形成石墨烯薄膜。若使激光光源按一定的圖案對催化劑金屬進行掃描照射，還可以在催化劑金屬表面形成圖案化石墨烯薄膜；該方法升溫與降溫速度快，具有快速制備石墨烯的優點。

技術領域

本發明屬于石墨烯的制備領域，具體涉及一種常溫常壓下利用激光快速制備石墨烯的方法。

背景技術

自從2004年英國科學家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃肖羅夫（Konstantin Novoselov）用機械分離法成功獲得石墨烯以來，石墨烯就在全世界范圍內掀起了廣泛的研究熱潮。

石墨烯是碳原子以SP²雜化連接的單原子構成的二維晶體，它幾乎完全透明，是目前自然界最薄、強度最高、導電導熱性能最強的材料，常溫下其電子遷移率超過15000 cm²/(V·s)，其在納米電子器件、傳感器件和光電器件等領域具有巨大的應用潛力。隨著對石墨烯研究的深入，石墨烯的制備主要有兩類方法：一類是以石墨為原料，通過物理或化學剝離或裁剪的方法獲得單層或多層石墨烯；另一類是以含碳化合物為原料，通過化學分解、碳原子結晶生長等方法獲得。具體的方法主要有：機械剝離法、氧化還原法、化學氣相沉積法、取向附生長法、晶體外延生長法等等。上述方法雖然較成熟，但仍存在一些不足。比如機械剝離法雖然操作簡單，但產率低，尺寸不易控制?；瘜W氣相沉積法被認為是最有希望制備出高質量、大面積石墨烯的方法，是產業化生產石墨烯薄膜最具潛力的方法。但是其工藝溫度一般較高，耗時長，且成本較大。

因此，提供一種能夠在常溫常壓大氣環境下快速制備石墨烯的方法是目前亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種常溫常壓大氣環境下快速制備石墨烯的方法，利用激光作用于浸沒在液態碳源的金屬催化劑上，直接在金屬表面可制備得到石墨烯薄膜，該方法升溫與降溫速度快，具有快速制備石墨烯的優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種常溫常壓下利用激光快速制備石墨烯的方法，將經預處理后的金屬催化劑浸沒在裝滿液態碳源的石英玻璃皿中，密封，在常溫常壓的大氣環境下，采用激光光源輻照金屬催化劑，在金屬表面形成石墨烯薄膜。

若使所述激光光源按一定的圖案對所述催化劑金屬進行掃描照射，還可以在所述催化劑金屬表面形成圖案化石墨烯薄膜。

所述催化劑金屬為銅、鎳、鈷、釕、鐵中的一種或其合金。

所述液態碳源為液態苯、甲醇、乙醇、乙二醇、己烷、甲苯等。

所述激光光源為近紅外激光光源或可見光光源，脈寬為皮秒或納秒，掃描速度為0.1-100 mm/s，激光束斑直徑在0.8~50微米，功率密度為10⁴~10⁶ W/cm²。

本發明的有益效果在于：

（1）本發明利用高功率密度激光束掃描浸沒在液態碳源中的催化劑金屬表面，具有升溫與降溫速度快的特點，是一種快速制備石墨烯的方法；

（2）本發明采用常見的液態碳源，成本低、易獲取；整個制備過程液態碳源與催化劑金屬密封在石英玻璃皿中，制備過程安全無污染，不生成副產物，且整個制備過程在常溫常壓的大氣環境下進行，工藝簡單易操作；

（3）采用聚焦的激光束作用時，配合掃描振鏡和加工平臺的運動，可以掃描出所設計的任意圖案，得到圖案化的石墨烯。

附圖說明