[發(fā)明專利]一種超薄納米級(jí)石墨炔薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911066615.3
• 申請(qǐng)日: 2019-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN110668436B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張躍;溫嘉玲;張錚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/21
• 分類號(hào): C01B32/21;B82Y40/00
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明屬于石墨炔薄膜制備領(lǐng)域，具體涉及一種超薄納米級(jí)石墨炔薄膜的制備方法。所述制備方法采用等離子刻蝕制備超薄石墨炔薄膜；包括將附有原始石墨炔薄膜的銅基底置于等離子刻蝕機(jī)中；將氧氣注入所述等離子刻蝕機(jī)的空腔中刻蝕；刻蝕后利用PMMA輔助法轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上，去除PMMA后得到所述超薄石墨炔薄膜。所述制備方法采用等離子刻蝕制備超薄石墨炔薄膜，通過在銅基底上溶液生長(zhǎng)的石墨炔上進(jìn)行等離子刻蝕，減薄石墨炔厚度，并轉(zhuǎn)移到另一基地上，這就免去了復(fù)雜的化學(xué)處理而得到超薄納米級(jí)的石墨炔薄膜，且同時(shí)去除了石墨炔由于副反應(yīng)而生成的大量功能團(tuán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨炔薄膜制備領(lǐng)域，具體涉及一種超薄納米級(jí)石墨炔薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

石墨炔是一種新型碳同素異形體，是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后，一種新的全碳納米結(jié)構(gòu)材料，具有豐富的碳化學(xué)鍵、大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，被譽(yù)為是最穩(wěn)定的一種人工合成的二炔碳的同素異形體。由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)及類似硅優(yōu)異的半導(dǎo)體性能，石墨炔有望可以廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體以及新能源領(lǐng)域。研究表明，石墨炔是一種非常理想的儲(chǔ)鋰材料，且其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)更有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴(kuò)散和傳輸，這樣賦予其非常好的倍率性能，從實(shí)踐證明石墨炔是一種非常有前景的儲(chǔ)鋰能源材料，科學(xué)家也預(yù)測(cè)它在新能源領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生非比尋常的影響。

2010年，大面積石墨炔薄膜首次利用交叉耦合的溶液法合成，開啟了石墨炔在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用探索。目前，石墨炔的制備方法主要有：銅基底溶液生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、界面生長(zhǎng)法、溶液超聲法等。通過交叉偶聯(lián)反應(yīng)的銅基底溶液生長(zhǎng)法制備大面積的石墨炔薄膜厚度達(dá)1μm，且內(nèi)部和端部炔烴的不穩(wěn)定性及炔烴芳基的自由旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致有大量的缺陷功能團(tuán)，不能滿足制備二維器件的需求。目前發(fā)展的石墨烯和氧化鋅輔助的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的單層石墨炔，存在與輔助材料分離的問題。溶液超聲法獲得的二維石墨炔面積小，工序復(fù)雜，易引入雜質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種超薄納米級(jí)石墨炔薄膜的制備方法，所述制備方法采用等離子刻蝕制備超薄石墨炔薄膜，通過在銅基底上溶液生長(zhǎng)的石墨炔上進(jìn)行等離子刻蝕，減薄石墨炔厚度，并轉(zhuǎn)移到另一基底上，這就免去了復(fù)雜的化學(xué)處理而得到超薄納米級(jí)的石墨炔薄膜，且同時(shí)去除了石墨炔由于副反應(yīng)而生成的大量功能團(tuán)(如：由于氮氮三鍵相對(duì)較高的反應(yīng)活性，反應(yīng)生成多余的功能團(tuán)；由于端炔烴較高的反應(yīng)活性，在端炔烴位置發(fā)生的副反應(yīng)，而導(dǎo)致末端炔烴在α或β位置的氫鍵化、二烯炔部分、二烯炔部分和三聚產(chǎn)物；合成過程中，炔烴芳基單鍵的自由旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致共面和扭曲的框架共存。這里的缺陷主要指的是多余的功能團(tuán))。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種超薄納米級(jí)石墨炔薄膜的制備方法，所述制備方法采用等離子刻蝕制備超薄石墨炔薄膜；所述制備方法是將附有原始石墨炔薄膜的銅基底進(jìn)行刻蝕；刻蝕后利用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)輔助法轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底上，去除PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)后得到所述超薄石墨炔薄膜。

進(jìn)一步地，所述溫和氧等離子刻蝕首次應(yīng)用于二維石墨炔的制備，可大面積制備，且獲得厚度薄、去除大量多余缺陷的石墨炔。

進(jìn)一步地，所述制備方法具體包括以下步驟：

S1，將附有原始石墨炔薄膜的銅基底置于等離子刻蝕機(jī)中央，關(guān)閉所述等離子刻蝕機(jī)艙門，抽真空；

S2，待刻蝕機(jī)達(dá)到真空條件，向所述等離子刻蝕機(jī)艙體內(nèi)通入氧氣進(jìn)行刻蝕；

S3，通入氬氣，打開所述等離子刻蝕機(jī)艙門，取出所述銅基底，得到刻蝕后的石墨炔銅箔；

S4，在所述石墨炔銅箔的刻蝕面旋涂PMMA，再加熱，冷卻；