[发明专利]一种高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法

权利要求书

1.一种高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：该方法采用化学气相沉积技术，在含有氢气的载气存在的情况下，先对金属基体进行热处理，并利用碳源气体高温下在金属基体表面催化裂解，生长出单晶石墨烯；然后通过控制氢气、碳源浓度，对生长后的石墨烯单晶进行刻蚀，大幅度减小单晶石墨烯的分布密度，使其每10平方英寸数目减小到1～2个，这为生长大尺寸单晶提供了空间，然后调节氢气和碳源浓度使其再次生长，当单晶石墨烯的数目变多时，再进行刻蚀，如此反复；经过刻蚀再生长之后，最终获得高质量大尺寸单晶石墨烯；该方法制备的石墨烯单晶尺寸为1～4英寸，其迁移率为10000cm²V^-1s^-1以上。

2.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：所用金属基体为表面平整的铂、钌、铱、铜或镍金属的薄片或薄膜，纯度大于99wt%，厚度不小于100nm。

3.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：所用金属基体在丙酮、乳酸乙酯、水和乙醇之一种或一种以上中分别超声清洗，时间不少于10分钟。

4.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：所用金属基体热处理采用退火处理，处理温度为800℃～1500℃，气氛为氢气，或者，气氛为氢气与氮气或惰性气体的混合气体，其中氢气摩尔比不小于1%，流速不小于10sccm，退火时间不少于10分钟。

5.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：所用碳源为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、乙醇碳氢化合物中的之一种或一种以上，载体为氢气，或者，载体为氢气与氮气或惰性气体的混合气体，碳源和载气的体积纯度均大于99%，碳源与氢气的摩尔比为0.005～1。

6.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：生长温度为600℃～1200℃，生长时间不小于20分钟。

7.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：刻蚀温度为600℃～1200℃，刻蚀时间不小于10秒，刻蚀气氛为碳源和氢气的混合气体；所用碳源为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、乙醇碳氢化合物中的之一种或一种以上；碳源与氢气的摩尔比为0.005～0.1。

8.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：再生长温度为600℃～1200℃，再生长时间不小于20分钟；碳源与氢气的摩尔比为0.005～0.5。

9.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：生长-刻蚀-再生长的循环次数大于1次。

10.按照权利要求1所述的高质量大尺寸单晶石墨烯的制备方法，其特征在于：生长结束后，金属基体在含有氢气的载体保护下，快速冷却至300℃以下，载气中氢气摩尔比不小于1%，快速冷却的速率不小于10℃/秒。