[發(fā)明專利]一種利用CVD方法直接在銅粉表面包覆石墨烯的方法

有效

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• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107858663B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉建影
• 申請（專利權(quán)）人: 上海上大瑞滬微系統(tǒng)集成技術(shù)有限公司
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/458;B22F1/02
• 代理公司: 上海助之鑫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31328
• 代理人: 王風平

本發(fā)明提出一種利用CVD方法直接在銅粉表面包覆石墨烯的方法，包括如下步驟：(1)在P型單晶硅上表面蒸鍍催化劑層；(2)進行碳納米管生長；(3)將銅粉放置在碳納米管陣列表面；(4)退火5min去除表面氧化物及使銅晶粒長大；(5)進行石墨烯生長，得到石墨烯包裹的銅粉。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用范德華力將銅粉放置在碳納米管陣列上，防止銅粉被吹掉的同時不會出現(xiàn)大面積燒結(jié)。而且采用氣體碳源可保證銅粉被少層石墨烯完整地覆蓋增大其抗氧化性能，采用該方法制備石墨烯包裹的銅粉在提高其在空氣中抗氧化能力的同時也保證了其導(dǎo)電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種利用CVD方法直接在銅粉表面包覆石墨烯的方法，特別涉及了銅粉表面被石墨烯完全包裹的一種方法。

背景技術(shù)

銅是一種導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都較好的金屬材料，被應(yīng)用在電氣、機械等工業(yè)。目前銅粉尤其是納米銅粉因其獨特的性能被廣泛地應(yīng)用在導(dǎo)電材料、高能催化劑等領(lǐng)域中。此外，由于銅粉的價格相較于金、銀等惰性金屬低很多，故使得其開始被關(guān)注。但是，裸銅粉尤其是裸納米銅粉在室溫的環(huán)境下很快就會被氧化成氧化亞銅或者氧化銅。因此要使得銅粉能夠被廣泛應(yīng)用必須要解決其易被氧化的問題。銅粉表面包裹石墨烯是一種理想的材料，可減緩其被氧化的速度同時保持其導(dǎo)電性。在銅粉抗氧化處理中，硅烷偶聯(lián)劑包裹銅粉的方法會降低其導(dǎo)電性能；或者將生長好的石墨烯轉(zhuǎn)移至銅粉表面，石墨烯與銅粉表面不能很好地接觸將影響其導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。而在銅粉表面直接生長石墨烯不但解決其抗氧化問題而且不會大幅度降低其導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。

石墨烯是一種新型的材料，因其獨特的納米特性被廣泛應(yīng)用在散熱、導(dǎo)電等方面，它具有高導(dǎo)熱性、高化學穩(wěn)定性，自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，它作為添加材料來實現(xiàn)高導(dǎo)熱性、高機械強度等方面的研究備受關(guān)注，但是在銅粉表面直接生長石墨烯并進行應(yīng)用的研究相對較少。

中南大學賀躍輝課題組首次利用金屬有機化合物在水平爐雙溫區(qū)600℃下化學氣相淀積方法得到多層石墨烯包裹的納米銅粉，室溫下暴露在空氣中60天其未被明顯氧化。

天津大學趙乃勤課題組利用PMMA作為固體碳源，通過球磨與CVD熱退火處理相結(jié)合的方法獲得銅粉表面包裹多層石墨烯。從最初的PMMA粉末到PMMA液體以使銅粉表面充分被石墨烯包覆，成功制得了銅與石墨烯復(fù)合的材料，提高了其屈服強度和抗拉強度。

瑞士Norman A Luchinger等人利用還原性火焰的方法在銅粉表面原位生長石墨烯使其具有化學惰性和穩(wěn)定性，然后將石墨烯包裹的銅粉制成噴墨印刷的墨水，得到導(dǎo)電性大于1S/cm的電路，此外該印刷電路具有高的化學穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種利用CVD方法直接在銅粉表面包覆石墨烯的方法。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一種利用CVD方法直接在銅粉表面包覆石墨烯的方法，包括如下步驟：

(1)使用電子束蒸發(fā)鍍膜機在350μm厚的具有一層200nm二氧化硅的P型單晶硅上表面蒸鍍催化劑層；

(2)利用CVD在在550℃下退火3min，然后在665℃下進行碳納米管生長4min；

(3)將銅粉放置在步驟(2)獲得的碳納米管陣列表面，通過振動使銅粉吸附在碳納米管表面，然后去除多余的銅粉；

(4)將步驟(3)中的銅粉與碳納米管放進垂直的冷壁CVD中，在775℃下通入氫氣和氬氣退火5min去除表面氧化物及使銅晶粒長大以便于石墨烯生長；

(5)然后在775℃通入甲烷、氫氣和氬氣，其中，甲烷作為氣體碳源進行石墨烯生長，生長時間為5min，氫氣為還原性氣體，氬氣為保護性氣體，最后先以200℃/min降至300℃，接著在氫氣和氬氣的氣流中降至150℃再開啟氣泵關(guān)閉氣體得到石墨烯包裹的銅粉。