[发明专利]非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法

权利要求书

1.一种非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）清洗具有一定表面形貌特征的非金属衬底的表面；

步骤2）在所述非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯膜，主要包括以下步骤：

201）将所述的清洗干净的非金属衬底放入管式CVD系统中的高温区部分；

202）将炉温在15-30分钟内升高到600-1000℃之间，并该过程中通入空气，并在炉温达到所设定600-1000℃温度之间后维持20-60分钟，随后缓慢降低炉温，使其达到室温；

203）将炉内空气排除干净；

204）在以氢气和高纯氩气为载气的情况下，于40-120分钟的时间内将炉温升高到1050-1500℃之间，并将所述非金属衬底在该温度下保持10-30分钟；

205）通入含碳、氮源的气体进行氮掺杂石墨烯的生长，并在1050-1500℃温度下维持30-300分钟；

206）停止加热，将炉温缓慢降低到室温。

2.根据权利要求1所述的非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于,步骤1的具体方法如下:将所述非金属衬底置于硫酸/双氧水（70/30）溶液中进行蒸煮一段时间；或者是，将所非金属衬底首先利用洗洁精反复搓洗，随后分别依次放入溶有洗洁精的自来水，自来水，二次水，乙醇溶液及丙酮溶液中超声处理一段时间，然后从丙酮溶液中取出烘干；或者是，上述两种方法并用。

3.根据权利要求1所述的非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于,步骤203的具体方法如下:用真空泵将所述管式CVD系统中的压强控制在10mTorr以下的低压状态，然后充入高纯氩气至常压，随后再用真空泵将其压强降低到10mTorr以下，如此反复若干次，以便将管内的空气尽可能处理干净；或者是，直接向所述管式CVD系统中通入500sccm的高纯氩气30分钟以便尽可能将炉内空气排除干净；或者是，上述两种方法并用。

4.根据权利要求1所述的非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于,步骤204中的将炉温升高到1100-1300℃之间。

5.根据权利要求1所述的非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于,步骤205中所述含碳、氮源的气体为甲烷及氨气。

6.根据权利要求5所述的非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于,所述甲烷的通入流量为1-30sccm；所述氨气的通入流量为10-50sccm。

7.根据权利要求1所述的非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述非金属衬底为平面结构、曲面结构或三维立体结构。

8.根据权利要求1所述的非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述非金属衬底为凹面或凸面镜结构、光栅结构、光波导结构、光子晶体结构或渔网状人工超材料结构。

9.根据权利要求1或7或8所述的非金属衬底表面制备氮掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述非金属衬底为硅基底、二氧化硅基底、氮化硅基底或蓝宝石基底。