[发明专利]一种形成纳米片状结构网络在基材上的制备方法及其基材

说明书

本发明是关于一种形成纳米片状结构网络在基材上的制备方法，包含:提供基材和含硅化合物；在隔绝空气和温度在500至1500℃之间的高温炉或高温炉的石英管中裂解该含硅化合物以形成气体组成；借由氩气传送碳氢化合物的蒸气进入上述温度在500至1500℃之间的高温炉或高温炉的石英管中，该碳氢化合物的蒸气和上述裂解的含硅化合物所形成的气体组成混合形成反应物；及在上述温度在500至1500℃之间的高温炉或高温炉的石英管中,借由气相沉积程序使该反应物形成纳米片状结构网络在该基材之上,该纳米片状结构网络和该基材之间具有共价键结。再者，该纳米片状结构网络是类石墨烯纳米片状结构网络。

技术领域

本发明是关于一种形成纳米片状结构网络在基材上的制备方法，特别是关于一种借由气相沉积程序形成纳米片状结构网络在基材上的方法和表面具有纳米片状结构网络的基材的应用。该纳米片状结构网络和基材之间具有键结强度高的碳化物共价键结。其次，该纳米片状结构网络是类石墨烯纳米片状结构网络，所以具有很好的抗腐蚀性、低摩擦系数、良好的热导和电导性质以及光学性质。再者，该具有纳米片状结构网络的基材的性质可借由改变气相沉积程序所使用的气相组成来调控，借此而达到应用该基材在各种产业的目的。

背景技术

碳元素的同素异形体(allotropes)包括富勒烯、纳米碳管、石墨烯、石墨和钻石，其中石墨烯因具有独特的二维结构而特别受到研究人员的重视。石墨烯是由碳原子所排列组成形状为六角型且厚度为一个原子的纳米片状结构，由于此独特的二维结构导致石墨烯具有优秀的电导性(8x 105S/m)、高导热性质(about 5300W m^-1K^-1)、优异的机械强度(tensile strength of 130GPa and Young’s modulus of 1TPa)、低摩擦系数和良好的防蚀性质。

一般以习知技术制备石墨烯是以石墨为原料，依序经过氧化插层,拨离和还原程序而得到石墨烯。在高分子材料中常常借由添加石墨烯来进行高分子材料的改质。然而，对于陶瓷、玻璃、金属和半导体材料而言，由于上述陶瓷等材料的操作温度通常大于400℃,但是石墨烯在400℃以上的高温时稳定性差，结构容易被破坏，因此在实际产业应用上，采用添加石墨烯的方式来进行陶瓷、玻璃、金属和半导体材料等的改质并无法获得预期的效果。

另一方面，虽可借由接着的方式将石墨烯涂布固定在陶瓷、玻璃、金属和半导体材料等的表面，但是石墨烯表面是非常惰性的，所以石墨烯层很容易从上述陶瓷材料的表面剥离。且用于涂布固定的接着剂通常不耐高温。同时接着剂亦会降低改变石墨烯原有的优异性质。因此，此种方式并不适用于陶瓷、玻璃、金属和半导体材料等。

Yuegang Zhang等人在Nano Lett.2010,10,1542–1548揭露了一种将石墨烯沉积在介电材料上的方法；该方法是在介电材料的表面预先沉积由铜元素所组成的薄膜，其次再借由气相沉积法将石墨烯的结构形成于上述由铜元素所组成的薄膜之上，最后移除该薄膜而得到表面具有石墨烯结构的介电材料。由此方法所得到的石墨烯结构和介电材料之间没有共价键结的存在。因此，其高温的稳定性差，且制造方法繁琐，无法于材料表面上直接形成石墨烯片状结构。

美国专利公开案US 20110070146 A1揭露了另一种制造石墨烯的方法；该方法包含：先形成亲水性氧化层在基材上；其次，再形成疏水性金属触媒层在该亲水性氧化层上，然后于该疏水性金属触媒层上形成石墨烯结构；最后，分离该疏水性金属触媒层以得到具有石墨烯结构的基材。在此方法中，制造步骤相当复杂，且需要以蚀刻程序移除金属触媒层，此蚀刻程序会产生大量酸性废液，因此该制造方法对于环境保护并不友善，且该制造方法同样无法直接于材料表面形成石墨烯片状结构。

综上所述，在陶瓷、玻璃、金属和半导体材料等的基材表面上形成石墨烯纳米片状结构网络的制程技术是目前产业界亟需研究发展和突破的课题。

发明内容