[发明专利]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材料的制备方法，尤其涉及一种制备易于转移的石墨烯的方法。

背景技术

自从2004年Geim通过机械分离法成功获得了单层石墨烯，石墨烯就掀起了广泛的研究热潮。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂巢结构，有着非凡的光学、电学、热学和机械性能，在纳米电子器件、传感器和光电器件领域表现出巨大的应用潜力。目前制备石墨烯的主要手段有：机械分离法、氧化还原法和化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。CVD法是利用甲烷、乙烯等烃类气体在高温下吸附在金属催化剂衬底表面，并在金属催化作用下分解、重组形成石墨烯的方法。CVD法相比于机械分离和氧化还原法能够制备较大面积的石墨烯，因此受到科学家的格外关注。

但是这种方法本身也具有很大的缺陷。一般CVD方法采用Cu、Ni等过渡族金属作为催化剂，由于Cu、Ni金属的熔点很高，分别为1083℃、1453℃，而生长石墨烯的常用温度为900~1000℃，因此生长结束后，金属催化剂基本没有损失，生长的石墨烯完全贴附在金属催化剂上。要将这种方法制备的石墨烯实际应用在器件上还需要一个额外的转移步骤。转移通常需要在FeCl₃溶液中浸泡近十小时刻蚀掉金属衬底，然后再用目标衬底捞取、烘干。这个过程耗时费力，且不易控制，还会引入外来杂质，甚至引起石墨烯结构的破坏。这些杂质和缺陷很可能是导致石墨烯电学性能下降的罪魁祸首。因此科学家们试图寻找能够生长出易转移石墨烯或直接将石墨烯生长在目标衬底上的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种制备易于转移的石墨烯的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

    一种石墨烯的制备方法，该方法包括：S1、在第一类金属催化剂层上制备碳薄膜；S2、蒸发第二类金属使其掺杂入所述第一类金属催化剂层以形成合金，所述合金的熔点小于所述第一类金属催化剂的熔点；S3、蒸发合金获得石墨烯层。

    其中，所述第一类金属催化剂层的材料选自Ni 、Cu、Co、Pt、Ir、Ru和Fe的其中之一，所述第二类金属选自Ga、Bi、Sn、Pb和In的其中之一。

通过在第一类金属催化剂层中掺入第二类金属形成合金，以降低催化剂层的熔点；在不破坏石墨烯结构的温度下，催化剂层可发生挥发，制备完成后的石墨烯层下方金属催化剂层变成一系列不连续的金属点，石墨烯只与部分底层金属点接触，基本处于悬空状态，因而极易于转移。

 本发明制备得到的石墨烯不需要近十小时的FeCl₃溶液的刻蚀过程，只需要在去离子水中超声30s,石墨烯便从衬底上脱落；再用目标衬底捞取、烘干，即可将石墨烯转移至目标衬底。本发明提供的方法，简化了传统制备方法带来的繁琐转移步骤，同时相较传统方法，本发明提供的转移石墨烯能够保持形状和结构的完整，缓解转移过程中对石墨烯的破坏和污染。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例石墨烯的制备方法的流程示意图；

图2为本发明一具体实施例制备获得的石墨烯的扫描电镜图；

图3为如图2所示的石墨烯旋转80度的扫描电镜俯视图；

图4为如图2所示的石墨烯转移到硅片上之后的扫描电子显微镜图像；

图5为如图2所示的石墨烯的拉曼光谱图像。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种制备易于转移的石墨烯的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

    一种石墨烯的制备方法，该方法包括：S1、在第一类金属催化剂层上制备碳薄膜；S2、蒸发第二类金属使其掺杂入所述第一类金属催化剂层以形成合金，所述合金的熔点小于所述第一类金属催化剂的熔点；S3、蒸发合金获得石墨烯层。

其中，所述第一类金属催化剂层的材料选自Ni 、Cu、Co、Pt、Ir、Ru和Fe的其中之一，所述第二类金属选自Ga、Bi、Sn、Pb和In的其中之一。