CN106587030B - 一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 - Google Patents
一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106587030B CN106587030B CN201710018061.4A CN201710018061A CN106587030B CN 106587030 B CN106587030 B CN 106587030B CN 201710018061 A CN201710018061 A CN 201710018061A CN 106587030 B CN106587030 B CN 106587030B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vapor deposition
- temperature
- film
- metal substrate
- chemical vapor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 97
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 63
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 31
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 26
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 8
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 4
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229920006266 Vinyl film Polymers 0.000 abstract 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 8
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- IYRDVAUFQZOLSB-UHFFFAOYSA-N copper iron Chemical compound [Fe].[Cu] IYRDVAUFQZOLSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法，该方法通过对金属基底先进行高温退火处理，再进行降温退火处理，然后通过化学气相沉积法，在金属基底表面获得石墨烯薄膜。本发明方法提高了金属基底的催化活性，从而降低了石墨烯的生长温度，因此降低了工业生产石墨烯薄膜的能耗及成本，相比传统的化学气相沉积法合成石墨烯薄膜，本发明方法工艺简单，碳源来源广泛，制备的石墨烯薄膜质量高、层数均一且可控。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯制备领域，尤其涉及一种利用化学气相沉积法在常压低温下制备石墨烯薄膜的方法。
背景技术
石墨烯是由单层碳原子基于sp2杂化组成的六角蜂窝状二维晶体，自从2004年被Andre Geim和Konstantin Novoselov等人发现以来，吸引了科学界的广泛关注。石墨烯在电学、光学、热学、力学等方面表现出的优异特性，使其在电池、柔性透明电极、储能材料、电催化剂、纳米电子器件以及复合材料等领域有巨大的潜在应用前景。
目前，石墨烯薄膜的制备方法主要有：机械剥离法、还原氧化石墨法、化学气相沉积法(CVD)、外延生长法等。其中，机械剥离法虽可制得性能优异的石墨烯，但效率较低且重复性差；还原氧化石墨法可大批量制备石墨烯，但其质量很差；SiC外延生长法制备的石墨烯成本高昂。相比之下，化学气相沉积法操作简单，且可以制备大面积、层数均匀的石墨烯，尤其是气体碳源可以连续供应，是实现石墨烯连续化、工业化生产的有效途径。然而，现有的CVD法生长石墨烯必须在高温下进行（通常高于1000℃），这极大的阻碍了石墨烯的工业化生产。因此，寻找一种可在低温下制备层数可控的石墨烯的方法对石墨烯的大规模生产和应用至关重要。
发明内容
本发明主要针对现有化学气相沉积法制备石墨烯必须在高温下进行的问题，提供一种利用化学气相沉积法在常压低温下制备石墨烯薄膜的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法，包括如下步骤：
（1）将金属基底分别用盐酸、丙酮、去离子水超声清洗5~10min，并除去金属基底表面的水分，然后对金属基底进行高温退火处理，处理条件为：氩气流量300~1000sccm，氢气流量10~100sccm，温度为850~1050℃，处理时间10~90min；
（2）对步骤（1）中经高温退火处理的金属基底进行降温退火处理，处理条件为：在氩气气氛下匀速降温至200~800℃，其中氩气流量为300~1000sccm；
（3）待步骤（2）中金属基底降至预定反应温度，通入气体碳源和氩气，进行化学气相沉积，即得到石墨烯薄膜。
作为优选，所述金属基底为铜箔、钴箔、镍箔、铁箔中的至少一种，或者为铜膜、钴膜、镍膜、铁膜中的至少一种。本发明所使用的金属基底可通过现有的金属薄膜制备方法制备得到，如磁控溅射、电化学沉积、真空蒸镀等方法。
作为优选，步骤（1）中高温退火处理条件为：氩气流量800sccm，氢气流量30sccm，温度950℃，处理时间50min。
作为优选，所述金属基底为铜箔。
作为优选，步骤（2）中降温速率为1~30℃/min。
作为优选，步骤（2）中金属基底匀速降温至300~700℃。本发明中，步骤（2）进行降温退火处理时，也可以将经高温退火处理的金属基底，先在氩气气氛下匀速降温至室温，然后再升至预定反应温度。
作为优选，步骤（3）中所述气体碳源为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、丙烷中的至少一种。
作为优选，步骤（3）中化学气相沉积条件为：碳源气体流量1~10sccm，氩气流量100~1000sccm，反应时间1~20min。
作为优选，所述气体碳源为甲烷。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过对金属基底先进行高温退火处理，再进行降温退火处理，降低了气体碳氢化合物在金属基底表面的吸附能和脱氢裂解能，提高了金属基底本身的催化能力，得到了具有高催化活性的金属基底，从而大大降低了石墨烯的生长温度，因此降低了工业生产石墨烯薄膜的能耗及成本，有利于石墨烯的工业化进程。
2.本发明实现了常压低温下采用化学气相沉积法制备单层连续石墨烯薄膜，制备的石墨烯薄膜拉曼散射有明显的2D峰，且IG/I2D＜0.5，透光率为97.1~97.3%，相比传统的化学气相沉积法合成石墨烯薄膜，本发明方法工艺简单，碳源来源广泛，制备的石墨烯薄膜质量高、层数均一且可控。
附图说明
图1是本发明制备石墨烯薄膜采用的实验装置结构示意图；
图2是实施例1制备的石墨烯薄膜的光学显微镜图；
图3是实施例1制备的石墨烯薄膜的拉曼谱图；
图4是实施例1制备的石墨烯薄膜的扫描电子显微镜图；
图5是实施例2制备的石墨烯薄膜的光学显微镜图；
图6是实施例2制备的石墨烯薄膜的拉曼谱图；
图7是实施例2制备的石墨烯薄膜的透射电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明制备石墨烯薄膜采用的实验装置结构示意图，如图1所示，该装置包括氩气气源1、氢气气源2、气体碳源3、气体流量控制系统及混气系统4、石英管5和CVD管式炉6。采用该装置制备石墨烯薄膜时，先将金属基底7放置于石英管5中，并使金属基底7处于管式炉6的中间，待金属基底7经两次退火处理后，将气体碳源3和氩气通入石英管5中进行化学气相沉积，即可在金属基底7表面获得石墨烯薄膜。
实施例1
本实施例在常压低温下利用化学沉积法制备石墨烯薄膜，包括如下步骤：
（1）将铜箔分别用盐酸、丙酮和去离子水超声清洗5~10min，然后除去铜箔表面的水分，再将铜箔放入石英管中，并使铜箔位于管式炉中间，调节氩气流量为800sccm，氢气流量为30sccm，在此气氛环境下将铜箔加热至950℃，再退火处理50min；
（2）将步骤（1）经退火处理的铜箔，在氩气气氛下匀速降温至700℃，其中氩气流量为300sccm，降温速率为28℃/min；
（3）待步骤（2）中铜箔温度降至700℃时，通入甲烷和氩气生长石墨烯，其中甲烷流量为2sccm，氩气流量为500sccm，反应时间为5min；
（4）反应5min后，停止通入甲烷，并将铜箔快速降至室温，即可在铜箔表面获得石墨烯薄膜。
图2为本实施例制得的石墨烯薄膜转移到SiO2/Si基底上的光学显微镜图片，由图2可以看出，本实施例制备的石墨烯薄膜厚度均匀。
图3为本实施例制备的石墨烯薄膜的拉曼图谱，如图3所示，本实施例制备的石墨烯薄膜的特征峰2D峰非常明显，且2D峰与G峰的比值大于2，同时也有明显的缺陷峰D峰，证明本实施例制备得到了较高质量的单层石墨烯。
图4为本实施例制备的石墨烯薄膜转移到SiO2/Si基底上的扫描电子显微镜图片，在图片左边可以明显看到石墨烯的边界，且图中未看到裂纹，证明本实施例制备的石墨烯是连续的。
实施例2
本实施例在常压低温下利用化学沉积法制备石墨烯薄膜，包括如下步骤：
（1）将铜箔分别用盐酸、丙酮和去离子水超声清洗5~10min，然后除去铜箔表面的水分，再将铜箔放入石英管中，并使铜箔位于管式炉中间，调节氩气流量为800sccm，氢气流量为30sccm，在此气氛环境下将铜箔加热至950℃，再退火处理50min；
（2）将步骤（1）经退火处理的铜箔，在氩气气氛下匀速降温至400℃，其中氩气流量为300sccm，降温速率为30℃/min；
（3）待步骤（2）中铜箔温度降至400℃时，通入甲烷和氩气生长石墨烯，其中甲烷流量为10sccm，氩气流量为500sccm，反应时间为10min；
（4）反应10min后，停止通入甲烷，并将铜箔快速降至室温，即可在铜箔表面获得石墨烯薄膜。
图5为本实施例制得的石墨烯薄膜转移到SiO2/Si基底上的光学显微镜图片，由图2可以看出，本实施例制备的石墨烯薄膜厚度均匀，从破裂处可以清晰地看到SiO2/Si基底与石墨烯的边界。
图6为本实施例制备的石墨烯薄膜的拉曼图谱，如图3所示，本实施例制备的石墨烯薄膜的特征峰2D峰非常明显，且2D峰与G峰的比值接近2，相较于实施例1，本实施例制备的石墨烯薄膜的缺陷峰D峰有所减小，表明本实施例制备的石墨烯质量比实施例稍高。
图7为本实施例制备的石墨烯薄膜转移到铜网上的透射电子显微镜图片，由图7可以明显看出本实施例制备的石墨烯为单层石墨烯。
实施例3
本实施例在常压低温下利用化学沉积法制备石墨烯薄膜，包括如下步骤：
（1）使用磁控溅射法在SiO2/Si片上制备铜镍合金薄膜，然后将铜镍合金薄膜放入石英管中，并使铜镍合金薄膜位于管式炉中间，调节氩气流量为900sccm，氢气流量为30sccm，在此气氛环境下将铜镍合金薄膜加热至900℃，再退火处理65min；
（2）将步骤（1）经退火处理的铜镍合金薄膜，在氩气气氛下匀速降温至400℃，其中氩气流量为400sccm，降温速率为25℃/min；
（3）待步骤（2）中铜镍合金薄膜温度降至400℃时，通入乙烷乙炔混合气和氩气生长石墨烯，其中混合气流量为10sccm，混合气中乙烷乙炔体积比为1:2，氩气流量为600sccm，反应时间为15min；
（4）反应15min后，停止通入混合气，并将铜镍合金薄膜快速降至室温，即可在铜镍合金薄膜表面获得石墨烯薄膜。
实施例4
本实施例在常压低温下利用化学沉积法制备石墨烯薄膜，包括如下步骤：
（1）将铜铁合金箔分别用盐酸、丙酮和去离子水超声清洗5~10min，然后除去铜铁合金箔表面的水分，再将铜铁合金箔放入石英管中，并使铜铁合金箔位于管式炉中间，调节氩气流量为300sccm，氢气流量为15sccm，在此气氛环境下将铜箔加热至850℃，再退火处理10min；
（2）将步骤（1）经退火处理的铜铁合金箔，在氩气气氛下匀速降温至300℃，其中氩气流量为600sccm，降温速率为3℃/min；
（3）待步骤（2）中铜箔温度降至300℃时，通入乙炔和氩气生长石墨烯，其中乙炔流量为5sccm，氩气流量为1000sccm，反应时间为20min；
（4）反应20min后，停止通入甲烷，并将铜铁合金箔快速降至室温，即可在铜铁合金箔表面获得石墨烯薄膜。
实施例5
本实施例在常压低温下利用化学沉积法制备石墨烯薄膜，包括如下步骤：
（1）将铜膜分别用盐酸、丙酮和去离子水超声清洗5~10min，然后除去铜膜表面的水分，再将铜膜放入石英管中，并使铜膜位于管式炉中间，调节氩气流量为500sccm，氢气流量为90sccm，在此气氛环境下将铜箔加热至1050℃，再退火处理90min；
（2）将步骤（1）经退火处理的铜膜，在氩气气氛下匀速降温至800℃，其中氩气流量为1000sccm，降温速率为15℃/min；
（3）待步骤（2）中铜箔温度降至800℃时，通入乙烯和氩气生长石墨烯，其中乙烯流量为8sccm，氩气流量为100sccm，反应时间为1min；
（4）反应1min后，停止通入甲烷，并将铜膜快速降至室温，即可在铜膜表面获得石墨烯薄膜。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将金属基底分别用盐酸、丙酮、去离子水超声清洗5~10min，并除去金属基底表面的水分，然后对金属基底进行高温退火处理，处理条件为：氩气流量300~1000sccm，氢气流量10~100sccm，温度为850~950℃，处理时间10~90min；所述金属基底为铜箔、钴箔、镍箔、铁箔中的至少一种，或者为铜膜、钴膜、镍膜、铁膜中的至少一种；
（2）对步骤（1）中经高温退火处理的金属基底进行降温退火处理，处理条件为：在氩气气氛下匀速降温至200~800℃，其中氩气流量为300~1000sccm；
（3）待步骤（2）中金属基底降至预定反应温度，通入气体碳源和氩气，进行化学气相沉积，即得到石墨烯薄膜，所述气体碳源为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、丙烷中的至少一种，化学气相沉积条件为：碳源气体流量1~10sccm，氩气流量100~1000sccm，反应时间1~10min。
2.根据权利要求1所述的常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步骤（1）中高温退火处理条件为：氩气流量800sccm，氢气流量30sccm，温度950℃，处理时间50min。
3.根据权利要求1所述的常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法，其特征在于，所述金属基底为铜箔。
4.根据权利要求1所述的常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步骤（2）中降温速率为1~30℃/min。
5.根据权利要求1所述的常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法，其特征在于，步骤（2）中金属基底匀速降温至300~700℃。
6.根据权利要求1所述的常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法，其特征在于，所述气体碳源为甲烷。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710018061.4A CN106587030B (zh) | 2017-01-11 | 2017-01-11 | 一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710018061.4A CN106587030B (zh) | 2017-01-11 | 2017-01-11 | 一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106587030A CN106587030A (zh) | 2017-04-26 |
| CN106587030B true CN106587030B (zh) | 2018-07-10 |
Family
ID=58583183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710018061.4A Expired - Fee Related CN106587030B (zh) | 2017-01-11 | 2017-01-11 | 一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106587030B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020160571A1 (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-06 | University Of Pretoria | Graphene wool and manufacture thereof |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107217239A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-09-29 | 华南理工大学 | 一种改善常压化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜导电性能的方法 |
| CN108220912B (zh) * | 2018-01-17 | 2019-08-23 | 南昌航空大学 | 一种镍基上制备亲水性石墨烯薄膜的方法 |
| CN108614313B (zh) * | 2018-05-09 | 2020-09-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 可调的降低光学表面反射率的方法 |
| CN108502873B (zh) * | 2018-06-26 | 2021-06-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 | 一种高质量、少缺陷、结构均匀的石墨烯的制备方法 |
| CN110745815B (zh) * | 2018-07-24 | 2022-08-16 | 南开大学 | 制备石墨烯-金属复合线材的方法 |
| CN109023291B (zh) * | 2018-08-14 | 2020-12-22 | 河北镭传科技有限责任公司 | 一种石墨烯薄膜及其制备方法与应用 |
| CN109378443A (zh) * | 2018-10-01 | 2019-02-22 | 河北工程大学 | 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法 |
| CN109850878A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-07 | 华南理工大学 | 一种石墨烯及其制备方法 |
| CN110203912A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-09-06 | 西北有色金属研究院 | 一种低溶碳材料表面定维制备二维石墨烯膜层的方法 |
| CN110775965A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-02-11 | 江苏龙汇纳米科技有限公司 | 一种用于高分子纳米复合材料制备的化学气相沉积工艺 |
| CN112126928B (zh) * | 2020-09-10 | 2023-06-02 | 安徽德诠新材料科技有限公司 | 一种气相沉积制备热管的方法 |
| CN112919455B (zh) * | 2021-02-07 | 2022-11-01 | 正大能源材料(大连)有限公司 | 一种二氧化碳联合低压化学气相沉积制备石墨烯膜的方法 |
| CN114539974B (zh) * | 2022-02-21 | 2024-06-11 | 厦门大学 | 一种基于化学气相沉积法制备磁性金属@石墨烯吸波材料的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102586868B (zh) * | 2012-02-06 | 2014-11-05 | 中国科学院金属研究所 | 一种大尺寸单晶石墨烯及其连续薄膜的制备方法 |
| CN103303910B (zh) * | 2013-06-06 | 2015-11-25 | 中国科学技术大学 | 一种制备石墨烯的方法及其制备的石墨烯 |
-
2017
- 2017-01-11 CN CN201710018061.4A patent/CN106587030B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020160571A1 (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-06 | University Of Pretoria | Graphene wool and manufacture thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106587030A (zh) | 2017-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106587030B (zh) | 一种常压低温化学气相沉积制备石墨烯薄膜的方法 | |
| CN102260858B (zh) | 一种在各种基底上直接生长石墨烯的方法 | |
| CN102161482B (zh) | 一种制备石墨烯的方法 | |
| CN104045075B (zh) | 一种利用化学气相沉积法制备硫掺杂石墨烯的方法 | |
| CN103981507A (zh) | 一种石墨烯制备方法 | |
| CN103613094B (zh) | 一种同时制备石墨烯和多孔非晶碳薄膜的方法 | |
| CN105483824A (zh) | 制备单晶双层石墨烯的方法 | |
| CN110699749B (zh) | 一种制备大面积连续单层单晶石墨烯薄膜的方法 | |
| CN104404620B (zh) | 一种在大直径6H/4H‑SiC硅面和碳面双面同时生长石墨烯的方法 | |
| CN108069416B (zh) | 超洁净石墨烯及其制备方法 | |
| CN113564699B (zh) | 基于Cu2O介质层生长单层单晶石墨烯的方法 | |
| CN104047060B (zh) | 一种对石墨烯进行硫掺杂的方法 | |
| CN104163418A (zh) | 一种可控定向生长石墨烯的方法及由该方法制备的石墨烯 | |
| CN103794298A (zh) | 一种石墨烯导线的制备方法 | |
| CN105668559A (zh) | 一种批量多衬底制备石墨烯薄膜的方法 | |
| CN110028058B (zh) | 一种氮掺石墨烯材料及其制备方法 | |
| CN107640763B (zh) | 一种单层单晶石墨烯的制备方法 | |
| CN105274491A (zh) | 一种石墨烯-氮化硼异质相复合薄膜材料的制备方法 | |
| CN103346073B (zh) | 一种β－碳化硅薄膜的制备方法 | |
| CN107217239A (zh) | 一种改善常压化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜导电性能的方法 | |
| CN107188161B (zh) | 石墨烯及其制备方法 | |
| CN106006619A (zh) | 一种特定尺寸的石墨烯的制备方法 | |
| CN109179388B (zh) | 一种一氧化碳制备石墨烯的方法 | |
| WO2016149934A1 (zh) | 石墨烯的生长方法 | |
| CN105755447B (zh) | 一种低成本均匀制备石墨烯薄膜的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180710 Termination date: 20200111 |