[发明专利]一种非平面图形石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的制备方法，特别涉及一种非平面图形石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维蜂窝状晶体，具有非同寻常的优良特性。它在力学、热学、电学、光学等方面的优异性能，使之成为近年来化学、材料科学以及凝聚态物理学领域的一颗明星。

石墨烯现在已经可以应用于多种类型器件的制备，而对于微纳米电子器件的制备则需要对石墨烯进行图形化，目前报道的石墨烯图形化都是局限于平面二维的石墨烯图形，例如，对大面积转移后的石墨烯进行光刻、离子刻蚀得到高精度的石墨烯；或者直接生长图形化的石墨烯再进行转移等等，这些方法在技术工艺上难度都很大，而且过程中容易对样品薄膜造成污损伤亦或最后得到的图形化不怎么完美。而三维石墨烯的制备方面，大多是用氧化石墨制备氧化石墨烯再将其进行还原的水热还原的方法，得到的三维石墨烯体层数较多且内部结构很杂乱。而在实际应用中，有些电极、电容器等通信器件、波导器件以及等离子器件领域对具体形貌的精度颇有要求。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种简易而又实用的非平面图形石墨烯的制备方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种非平面图形石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)提供非平面图形化的衬底；

(2)将所述非平面图形化的衬底置于无氧的反应器中，采用化学气相沉积法制备非平面图形石墨烯。

进一步地，所述化学气相沉积法制备非平面图形石墨烯所需的原料为甲烷和氢气。优选的，所述甲烷和氢气的气流量比例为60∶20至60∶60。更优选的，所述甲烷和氢气的气流量比例为60∶40。

所述衬底的形状可为锥形、圆柱、球体或多面体等等。

优选的，所述步骤(2)中的气压环境为133.32Pa(1torr)。

优选的，所述步骤(2)中的生长温度为1000℃。

有益效果：本发明所提供的石墨烯根据其特有的外形有其特有的性质，例如其表面积比二维的近平面的单层石墨烯更高，在各大器件中不同的形状所起的功能作用各不相同。具体优点如下：本发明无需对石墨烯进行后续的刻蚀等工艺，得到的石墨烯无污染无损伤；本发明成本较低、操作简单易行，适合做大量的生产；本发明制备的石墨烯形状在各大器件类型中有实际的应用价值。

附图说明

图1为本发明制得的石墨烯的拉曼图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：制备锥形石墨烯

第一步，制备高3厘米、底面直径2厘米的锥形镀铜衬底；

第二步，清洗上述衬底：

将衬底依次在丙酮、乙醇溶液中分别超声清洗20分钟后用氩气吹干；

第三步，生长石墨烯：

将清洗干净的衬底放入管式炉中，先抽真空至2.666Pa以下，接着在氢气的环境下升温至1000℃，维持5分钟后通入甲烷和氢气，二者在气流量比是60∶40、气压为133.32Pa(、温度为1000℃的条件下生长10分钟，随后关闭甲烷只在氢气的环境下冷却降温到室温，从而制得所需的石墨烯。

实施例2：制备圆柱形石墨烯

第一步，制备高3厘米、底面直径1厘米的圆柱形镀铜衬底；

第二步，同实例1；

第三步，生长石墨烯：

将清洗干净的衬底放入管式炉中，先抽真空至2.666Pa以下，接着在氢气的环境下升温至1000℃，维持5分钟后通入甲烷和氢气，二者在气流量比是60∶20、气压为133.32Pa(、温度为1000℃的条件下生长10分钟，随后关闭甲烷只在氢气的环境下冷却降温到室温，从而制得所需的石墨烯。

实施例3：制备空心半球石墨烯

第一步，制备直径为3厘米的空心半球的镀铜衬底；

第二步，同实例1；

第三步，生长石墨烯：

将清洗干净的衬底放入管式炉中，先抽真空至2.666Pa以下，接着在氢气的环境下升温至1000℃，维持5分钟后通入甲烷和氢气，二者在气流量比是60∶60、气压为133.32Pa(、温度为1000℃的条件下生长10分钟，随后关闭甲烷只在氢气的环境下冷却降温到室温，从而制得所需的石墨烯。

实施例4：制备拱形圆柱形石墨烯