[發明專利]一種硅摻雜石墨烯的氣相沉積法

有效

• 申請號: 201810181251.2
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108249430B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 劉偉
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 紹興市寅越專利代理事務所(普通合伙) 33285
• 代理人: 郭云梅

本發明公開了一種硅摻雜石墨烯的氣相沉積法，步驟1，將石墨烯粉末加入至無水乙醇中，密封超聲反應30?60min，冷卻后得到石墨烯懸濁液；步驟2，將聚乙二醇加入至石墨烯懸濁液中，機械攪拌至完全溶解，得到石墨烯分散醇液；步驟3，將石墨烯分散醇液放入減壓蒸餾反應釜中減壓蒸餾反應2?5h，得到粘稠液，烘干得到蓬松的石墨烯塊；步驟4，將石墨烯塊加入反應釜中，加熱靜置20?40min，然后通入硅烷氣體反應3?8h，自然冷后得到石墨烯吸附塊；步驟5，將石墨烯吸附塊加入無水乙醇中超聲反應30?60min，過濾后得到硅摻雜沉淀；步驟6，將硅摻雜沉淀在氫氣反應釜中加熱加壓反應3?6h，冷卻后得到硅摻雜石墨烯。本發明具有工藝簡單，硅摻雜率可控性強，適用于大面積生產。

技術領域

本發明屬于石墨烯技術領域，具體涉及一種硅摻雜石墨烯的氣相沉積法。

背景技術

石墨烯的發現證實了二維材料的穩定存在并且開辟了二維材料的研究的新階段，石墨烯作為一種單原子層的碳材料，具有優異的光電性能，引起了科學家的興趣，比如它的載流子遷移率能夠達到200,000cm²/V.s,這為其能制造高頻率工作的電子提供了基礎，單層石墨烯對光的吸收為2.3％，這使得它能成為光電器件研究的一種重要的材料。但是，石墨烯擁有優異的光電特性的同時，它具有一個非常嚴重的缺陷，即禁帶寬度為零，這使得它在微納光電子器件的應用存在一定的限制作用。在目前的實驗中，通常要采用制備石墨烯納米帶等辦法來打開石墨烯的能帶，但能帶大小都在300meV以下。此外，科學家們采用摻雜石墨烯的方式來調節石墨烯的費米能級，從而改變石墨烯的電學性質和光學性質。在摻雜的方式中，通常采用化學摻雜和電摻雜的方式，比如氮摻雜、硼摻雜以及加柵壓摻雜等等。這類摻雜方式的弊端在與摻雜后石墨烯的性質會隨著時間的推移而變化，不能穩定存在。相比而言，硅原子替代石墨烯中的碳原子的替位摻雜方式更加能夠保持摻雜石墨烯性質的穩定，而硅摻雜的石墨烯目前尚未有人得到。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種硅摻雜石墨烯的氣相沉積法，解決了石墨烯硅摻雜技術方面的空白，具有工藝簡單，硅摻雜率可控性強，適用于大面積生產。

為實現以上技術目的，本發明的技術方案是：

一種硅摻雜石墨烯的氣相沉積法，所述氣相沉積法按照如下步驟：

步驟1，將石墨烯粉末加入至無水乙醇中，密封超聲反應30-60min，冷卻后得到石墨烯懸濁液；

步驟2，將聚乙二醇加入至石墨烯懸濁液中，機械攪拌至完全溶解，得到石墨烯分散醇液；

步驟3，將石墨烯分散醇液放入減壓蒸餾反應釜中減壓蒸餾反應2-5h，得到粘稠液，烘干得到蓬松的石墨烯塊；

步驟4，將石墨烯塊加入反應釜中，加熱靜置20-40min，然后通入硅烷氣體反應3-8h，自然冷后得到石墨烯吸附塊；

步驟5，將石墨烯吸附塊加入無水乙醇中超聲反應30-60min，過濾后得到硅摻雜沉淀；

步驟6，將硅摻雜沉淀在氫氣反應釜中加熱加壓反應3-6h，冷卻后得到硅摻雜石墨烯。

所述步驟1中的石墨烯在無水乙醇中的濃度為20-40g/L，所述密封超聲反應的頻率為5-10kHz，溫度為50-70℃。

所述步驟2中的聚乙二醇的加入量是石墨烯粉末質量的40-60％，所述機械攪拌的攪拌速度為2000-4000r/min。

所述步驟3中的減壓蒸餾反應的壓力為大氣壓的50-70％，溫度為60-80℃，所述粘稠液的體積是石墨烯分散醇液的10-15％。

所述步驟4中的加熱靜置的溫度為500-700℃。

所述步驟4中的硅烷通入量是石墨烯質量的20-40％，所述硅烷氣體的通入速度為20-40mL/min。