[发明专利]一种制备单层石墨烯的方法

权利要求书

1.一种制备单层石墨烯的方法，包括如下步骤：

1)制备合金基底；

2)在氢气和惰性气氛中，通入碳源利用化学气相沉积方法在所述步骤1)所得合金基底表面催化生长石墨烯，完成所述单层石墨烯的制备。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述制备合金基底的方法为下述方法a或方法b，其中，所述方法a包括如下步骤：在金属基底上制备至少一层金属薄膜，得到所述合金基底；

所述方法b包括如下步骤：在非金属基底上制备至少两层金属薄膜，得到所述合金基底。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法a中，所述金属薄膜的层数为一层或两层，优选一层；构成所述金属基底和金属薄膜的材料均选自镍、钴、铁、铝、金、银、铜、锌、钼、钨、钛、钒、铬、钌、铑、铂、钯和铱中的至少一种，优选镍、钴、铁、钨和钼中的至少一种；所述金属基底的厚度为1μm～1000μm，优选25μm～200μm；所述金属薄膜的厚度为5nm～1μm，优选200nm～500nm，更优选200nm；

所述方法b中，构成所述非金属基底的材料为硅片、氧化硅、玻璃、石英、碳化硅或氧化铝；所述金属薄膜的层数为两层或三层，优选两层；构成所述金属薄膜的材料选自镍、钴、铁、铝、金、银、铜、锌、钼、钨、钛、钒、铬、钌、铑、铂、钯和铱中的至少一种，优选镍、钴、铁、钨和钼中的至少一种；所述非金属基底的厚度为1μm～1000μm，优选25μm～500μm；所述每层金属薄膜的厚度为5nm～1μm，优选200nm～500nm，更优选200nm。

4.根据权利要求2或3任一所述的方法，其特征在于：所述方法a和方法b中制备金属薄膜的方法均为蒸镀法。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述蒸镀法中，温度为20-100℃，优选25℃；压强为1×10^-5mbar-1×10^-8mbar，优选1×10^-7mbar。

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)化学气相沉积方法中，碳源选自一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、环己烷、乙烯、丙烯、丁二烯、戊烯、环戊二烯、乙炔、甲醇、乙醇、苯、甲苯和酞菁中的至少一种，优选甲烷、乙醇、乙烯和环己烷中的至少一种；所述惰性气体选自氮气和氩气中的至少一种，优选氩气。

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)化学气相沉积方法的步骤为：在氢气和惰性气氛中，将所述步骤1)所得合金基底由室温升至退火温度退火后，再通入碳源并升至生长温度在所述步骤1)所得合金基底表面催化生长石墨烯；所述退火步骤中，温度为800-1000℃，优选900℃，时间为15-60分钟，优选20分钟；所述催化生长步骤中，温度为800～1200℃，优选900～1100℃，时间为3～180分钟，优选5～60分钟；由室温升至所述退火步骤的温度的升温时间为25-40分钟，优选5-10分钟，由所述退火步骤的温度升温至所述催化生长步骤的温度的时间为5-10分钟，优选5分钟；所述氢气的流速为20sccm-1000sccm，优选100sccm-800sccm；所述惰性气体的流速为100sccm-1000sccm，优选300sccm-600sccm；所述碳源的流速为3sccm-200sccm，优选20sccm-100sccm；所述碳源与所述氢气的体积比为3∶800-1∶2，优选1∶16-1∶2。

8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于：所述制备单层石墨烯的方法，还包括如下步骤：

在所述步骤2)之后，用刻蚀剂刻蚀所述金属薄膜，并用高分子膜作为支撑膜，使所述单层石墨烯在所述高分子膜的支撑下与所述金属薄膜分离后，再用有机溶剂去除所述支撑膜。