[发明专利]用于石墨烯生长的玻璃陶瓷基材

说明书

本发明涉及一种用于合成石墨烯的绝缘的玻璃陶瓷基材，其包含能够催化石墨烯生长的离散的、晶体的、纳米相金属区域。纳米相区域可通过对含有相应金属氧化物的玻璃陶瓷基材进行热处理来形成。在真空化学气相沉积(CVD)工艺中，由烃前体将单层和双层石墨烯制备在改性的玻璃陶瓷基材之上。涂覆有石墨烯的玻璃陶瓷基材是导电的。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120，要求2013年10月23日提交的美国申请系列号14/061342的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用纳入本文。

背景

领域

本发明总体上涉及石墨烯的形成方法，更具体而言，涉及用于合成石墨烯的玻璃陶瓷基材。

技术背景

石墨烯是碳的二维同素异形体。石墨烯的结构包括排布于密堆积的蜂窝阵列中的单一平板状sp²杂化的碳原子板。石墨烯中的碳-碳键的长度为大约0.142nm。一种石墨烯单层的示意图如图1所示。

大体上来说，石墨烯是石墨的孤立原子平面。作为一种二维晶体材料，石墨烯具有独特的性质，包括高本征迁移率(200000cm²V^-1s^-1)、杨氏模量(大约1100GPa)、断裂强度(42Nm^-1)、破裂强度(大约125GPa)、热导率(大约5000Wm^-1K^-1)，表面积(2630m²g^-1)和大约97％的光学透射率。凭借这类卓越的性质，石墨烯在以下领域中具有广泛的多种潜在应用：从纳米机电谐振器和高性能场效应晶体管至清洁能源装置、传感器和抗菌产品。

石墨烯最先是从高定向热解石墨(HOPG)上通过机械剥离来分离得到的。现在已经广为人知的是，每当石墨发生磨损，例如用铅笔绘画时，就会生成微小的石墨片碎片。石墨烯还可利用以下方法通过碳偏析来得到：将例如碳化硅的碳源在低压下(大约10^-6托)加热至高温(＞1100℃)以将其还原为石墨烯。

缺乏廉价的生产高质量石墨烯的大规模合成途径大大制约了其广泛应用。所以，若能开发一种形成大面积石墨烯的经济的方法，那将是有益的。

发明概述

根据本发明的实施方式，一种用于石墨烯生长的基材包含玻璃陶瓷主体和多个设置在该玻璃陶瓷主体表面上的纳米相金属岛。这些金属岛能够在CVD工艺中催化石墨烯的生长。一种石墨烯的形成方法包括将玻璃陶瓷基材的表面暴露于碳前体。

其产物可为涂覆有石墨烯的基材，其包含玻璃陶瓷主体、多个设置在该玻璃陶瓷主体的表面上的纳米相金属岛和设置在这些金属岛上方的石墨烯层。在一些实施方式中，基材在石墨烯形成前是绝缘的，但石墨烯形成后，基材是导电的。

在以下的详细描述中提出了本发明内容的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明内容而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本发明内容的实施方式，用来提供理解要求保护的本发明内容的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的主题的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本发明的主题的各种实施方式，并与说明书一起对本发明的主题的原理和操作进行阐述。此外，附图和说明书仅仅是示例性的，并不试图以任意方式限制权利要求的范围。

附图的简要说明

当结合以下附图阅读时，能对本发明下文的具体实施方式的详细描述有最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1是显示石墨烯结构的示意图；