[发明专利]大尺寸Cu(111)单晶铜箔和超大尺寸单晶石墨烯的制备方法

权利要求书

1.一种单晶铜箔的制备方法，其特征在于，对金属元素掺杂的多晶铜箔进行退火获得单晶铜箔，所述单晶铜箔为Cu(111)单晶铜箔；掺杂的金属元素为包括Ca、Mg和Cr的组中的一种或多种，以铜箔和掺杂的金属元素的总重量为100％计掺杂的金属元素占比为0.0001wt％～10wt％；所述方法包括如下步骤：

(一)、将所述金属元素掺杂的多晶铜箔平置于耐高温衬底上，放入化学气相沉积设备中，通入惰性气体，然后开始升温；

(二)、温度升至800～1100℃时，进行退火过程，退火结束后即得到所述Cu(111)单晶铜箔。

2.一种单晶石墨烯的制备方法，其特征在于，选用金属元素掺杂的多晶铜箔作为衬底，通过退火获得Cu(111)单晶铜箔，并在制备出的Cu(111)单晶铜箔表面生长出高质量单晶石墨烯；掺杂的金属元素为包括Ca、Mg和Cr的组中的一种或多种，以铜箔和掺杂的金属元素的总重量为100％计掺杂的金属元素占比为0.0001wt％～10wt％；所述方法包括如下步骤：

(一)、将所述金属元素掺杂的多晶铜箔平置于耐高温衬底上，放入化学气相沉积设备中，通入惰性气体，然后开始升温；

(二)、温度升至800～1100℃时，进行退火过程，退火结束后即得到所述Cu(111)单晶铜箔。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(一)、将所述金属元素掺杂的多晶铜箔平置于耐高温衬底上，放入化学气相沉积设备中，通入惰性气体，然后开始升温，所述的惰性气体为N₂或Ar；

(二)、温度升至800～1100℃时，通入H₂气体，H₂流量为2～500sccm，进行退火过程，退火结束后即得到所述Cu(111)单晶铜箔。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(一)、将所述金属元素掺杂的多晶铜箔平置于耐高温衬底上，放入化学气相沉积设备中，通入惰性气体，然后开始升温，所述的惰性气体为N₂或Ar；

(二)、温度升至800～1100℃时，通入H₂气体，H₂流量为2～500sccm，进行退火过程；

(三)、退火结束后，开始通入CH₄和Ar的混合气体，混合气体流量为0.2～50sccm，CH₄占整个混合气体的体积含量为200～20000ppm，同时调节H₂的流量为0.2～50sccm，生长时间为10min～20h；

(四)、生长结束后，冷却至室温，即得到超大尺寸单晶石墨烯。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(一)、将所述金属元素掺杂的多晶铜箔放在耐高温衬底上，放入化学气相沉积设备中，通入惰性气体，流量为300sccm以上，然后开始升温，升温过程持续50～70min，所述的惰性气体为N₂或Ar；

(二)、温度升至800～1100℃时，通入H₂气体，H₂流量为2～500sccm，惰性气体流量保持不变，进行退火过程，退火持续时间>1min；

(三)、退火结束后，开始通入CH₄和惰性气体的混合气体，混合气体流量为0.2～50sccm，CH₄占整个混合气体的体积含量为200～20000ppm，同时调节H₂流量为0.2～50sccm，惰性气体流量保持不变，生长时间为10min～20h；

(四)、生长结束后，关闭加热电源，停止通入CH₄气体，以惰性气体和H₂为保护气体，自然冷却至室温，在铜箔表面生长出高质量超大尺寸单晶石墨烯。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备出的单晶铜箔用来生长晶体结构具有三重对称性的超大尺寸单晶二维材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述二维材料为石墨烯或BN。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中升温过程不通H₂。