[發(fā)明專利]一種制備雙層單晶石墨烯的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110215730.3
• 申請(qǐng)日: 2021-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN113089094B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐小志;梁智華;曾凡凱;王然;唐志列
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/02
• 分類號(hào): C30B29/02;C30B25/02;C30B25/08
• 代理公司: 廣州駿思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44425
• 代理人: 吳靜芝

本發(fā)明涉及一種制備雙層單晶石墨烯的方法，該方法包括如下步驟：1)將含碳類化合物和銅箔放置于剛玉盒中，再將所述剛玉盒放置于氣相沉積爐中；2)往所述氣相沉積爐內(nèi)通入氬氣和氫氣，將所述氣相沉積爐加熱至高溫1030?1045℃；3)保持所述氣相沉積爐的溫度，增大氫氣的通入量，將所述銅箔退火；4)往所述氣相沉積爐內(nèi)通入甲烷，減小氫氣的通入量，開始雙層單晶石墨烯在所述銅箔上的生長過程；5)雙層單晶石墨烯生長完畢后，停止通入甲烷，使所述氣相沉積爐在氫氣和氬氣的氛圍下自然冷卻到室溫。本發(fā)明的方法通過簡單方便的方式優(yōu)化雙層石墨烯的生長，生長出質(zhì)量高的雙層單晶石墨烯，該方法具有步驟簡單、制備條件易于控制的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種制備雙層單晶石墨烯的方法。

背景技術(shù)

石墨烯是碳原子按照六角排列而成的二維晶格結(jié)構(gòu)，其厚度約0.335nm，不僅薄，還非常牢固堅(jiān)硬。作為單質(zhì)，石墨烯在室溫下傳遞電子的速度比很多導(dǎo)體和半導(dǎo)體都快；而且石墨烯的理論比表面積高達(dá)2630m²/g，是一種很有潛力的能量儲(chǔ)存活性材料。因?yàn)槭┎牧暇哂歇?dú)特的物理特性，且應(yīng)用前景較廣，故在近年受到廣泛關(guān)注和研究。

雙層石墨烯是由兩層碳原子層組成，由于原子層間的耦合作用，能帶結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)帶隙，使石墨烯在光電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。具有不同堆疊方向的雙層石墨烯，由于其獨(dú)特的電子、光學(xué)和機(jī)械性能而具有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。例如，AB堆疊的雙層石墨烯(60°疊層取向角)由于具有可調(diào)節(jié)的帶結(jié)構(gòu)和高遷移率，已經(jīng)被應(yīng)用于隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管、高開關(guān)比數(shù)字晶體管、可調(diào)節(jié)激光二極管和紅外激光探測(cè)器等器件的制備中。

目前，通過化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯時(shí)，在克服催化劑銅的自限作用后，在單層石墨烯的基礎(chǔ)上生長雙層石墨烯并不難，但是由于高溫下，氣相沉積爐的石英管容易產(chǎn)生黑色石英顆粒掉落在銅箔和石墨烯表面，顆粒雜質(zhì)容易形成成核位點(diǎn)，使單雙層石墨烯疇的生長取向不一致，導(dǎo)致無法生長出質(zhì)量高的雙層單晶石墨烯。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種制備雙層單晶石墨烯的方法，通過簡單方便的方式優(yōu)化雙層石墨烯的生長，生長出質(zhì)量高的雙層單晶石墨烯，該方法具有步驟簡單、制備條件易于控制的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種制備雙層單晶石墨烯的方法，包括如下步驟：

1)將含碳類化合物和銅箔放置于剛玉盒中，再將所述剛玉盒放置于氣相沉積爐中；

2)往所述氣相沉積爐內(nèi)通入氬氣和氫氣，將所述氣相沉積爐加熱至高溫1030-1045℃；

3)保持所述氣相沉積爐的溫度在高溫1030-1045℃，增大氫氣的通入量，將所述銅箔退火；

4)往所述氣相沉積爐內(nèi)通入甲烷，減小氫氣的通入量，開始雙層單晶石墨烯在所述銅箔上的生長過程；

5)雙層單晶石墨烯生長完畢后，停止通入甲烷，關(guān)閉所述氣相沉積爐的電源，使所述氣相沉積爐在氫氣和氬氣的氛圍下自然冷卻到室溫。

本發(fā)明的所述方法中，將銅箔和含碳類化合物裝入不完全密封的、可允許氣體進(jìn)入的剛玉盒內(nèi)，再一起放入氣相沉積爐中，利用剛玉盒屏蔽石英管產(chǎn)生的石英顆粒，減少雜質(zhì)對(duì)沉積過程的影響從而生長出高質(zhì)量的雙層單晶石墨烯。

而且，所述方法在采取甲烷作為氣體碳源的同時(shí)，還增加了含碳類化合物(石墨粉、PMMA等)作為額外的碳源。若僅采用甲烷作為單一碳源，由于銅的自限作用，單層石墨烯長滿后，則沒有裸露的銅做催化劑，因此需要額外提供碳源用于生長雙層石墨烯。增加的含碳類化合物放入剛玉盒內(nèi)，可以保證盒內(nèi)碳源充足，利于生長雙層石墨烯。

本發(fā)明的方法通過簡單方便的方式優(yōu)化雙層石墨烯的生長，可以生長出質(zhì)量高的雙層單晶石墨烯，該方法具有步驟簡單、制備條件易于控制的優(yōu)點(diǎn)。