一种大面积均匀单层石墨烯薄膜的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114684813A(43)申请公布日2022.07.01(21)申请号202011576672.9(22)申请日2020.12.28(71)申请人中国科学院化学研究所地址100190北京市海淀区中关村北一街2号(72)发明人武斌姚文乾张家宁刘云圻(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245专利代理师关畅(51)Int.Cl.C01B32/186(2017.01)权利要求书1页说明书5页附图6页(54)发明名称一种大面积均匀单层石墨烯薄膜的制备方法(57)摘要本发明公开了一种制备大面积均匀单层石墨烯薄膜的方法。该方法将电化学抛光后的单晶基底铜(111)放入高温管式炉，采用化学气相沉积法即可得到大面积均匀单层石墨烯薄膜。本发明利用两步碳源供给，先高碳源生长多层石墨烯大面积薄膜，继而降低碳源，并维持小碳源的长时间供给，多层区域优先刻蚀，最终会达到刻蚀与生长的动态平衡，得到大面积连续单层石墨烯薄膜。CN114684813ACN114684813A权利要求书1/1页1.一种制备大面积连续单层石墨烯薄膜的方法，包括：1)将基底进行去除杂质的表面处理电化学抛光；2)利用化学气相沉积法，先在碳源流量A的条件下进行石墨烯的生长，得到多层石墨烯薄膜；再在碳源流量B的条件下进行选择性刻蚀，得到所述大面积连续单层石墨烯薄膜；所述碳源流量A要大于所述碳源流量B。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基底为金属基底或绝缘基底；所述金属基底具体为铜箔或单晶铜；所述铜箔的厚度具体为20μm‑100μm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述基底进行所述电化学抛光的晶面为(111)面；具体为单晶铜(111)面。4.根据权利要求1‑3任一所述的方法，其特征在于：所述去除杂质的表面处理为电化学抛光。5.根据权利要求1‑4任一所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述碳源选自甲烷、一氧化碳、甲醇、乙炔、乙醇、苯、甲苯、环己烷和酞菁中至少一种；所述惰性气体选自氩气和氮气中至少一种；还原性气体选自氢气、一氧化碳和氨气中至少一种。6.根据权利要求1‑5任一所述的方法，其特征在于：所述步骤2)生长步骤中，生长温度为1000‑1080℃；具体为1075℃；由室温升至生长温度的时间为10‑100min；具体为45min；生长时间为0.5‑6h；具体可为30‑90min；更具体为1h；惰性气体流量为100‑400sccm；具体为200‑250sccm；还原性气体的流量为5‑200sccm；更具体为20‑25sccm；所述碳源流量A为1‑10sccm；具体为3‑5sccm；更具体为4sccm。7.根据权利要求1‑6任一所述的方法，其特征在于：所述步骤2)选择性刻蚀步骤中，所述碳源流量B为0‑3sccm，且不为0；具体为0.2sccm；刻蚀时间为3‑8h；具体为4h；刻蚀温度与所述步骤2)生长步骤的温度相同；所述惰性气体和氢气的流量与所述步骤2)生长步骤的流量相同。8.根据权利要求1‑7任一所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在所述选择性刻蚀步骤之后，开盖冷却，温度降至600℃关闭所述碳源，待温度降至室温，即得。9.根据权利要求1‑8所述的任一方法制备得到的大面积连续单层石墨烯薄膜。2CN114684813A说明书1/5页一种大面积均匀单层石墨烯薄膜的制备方法技术领域[0001]本发明属于石墨烯领域，涉及一种制备大面积均匀单层石墨烯薄膜的方法。背景技术[0002]理想的石墨烯是由单层碳原子sp2杂化形成的六角蜂窝状材料。2004年，AndreK.Geim教授和KonstantinS.Novoselov教授通过机械剥离的方法获得了石墨烯，并于2010年被授予诺贝尔物理学奖。石墨烯具有优异的电学、光学、热学和磁学等性质，如优异导电性、良好透光性、高机械强度、高热导率、以及超导、高杨氏模量、高比表面积等。特别是其优异的电学性能，有望在场效应管、透明柔性电极、自旋电子等器件中获得应用。[0003]实际应用总是以制备为基础和前提的。目前已知的石墨烯制备方法包括：机械剥离法、化学气相沉积法(chemicalvapordeposition,CVD)、碳化硅外延生长法、氧化还原法以及偏析生长法等。其中化学气相沉积法具有大面积、高质量、可控性好、成本低等优点，是实现石墨烯大规模工业化制备的有效路径之一。CVD作为一个复杂的多相催化系统，涉及到催化基底、各种载气和前驱体的使用，以及诸多制备条件的调控。典型的CVD系统由管式炉、石英管、气体流量计、泵送系统和气路传输系统组成，制备过程包括将载气填充到反应室、将催化基底加热至高温、将前驱体气体连同载气流入反应室、保持一定的温度和压力和必要的载气保护反应一