[发明专利]一种高质量单层多晶石墨烯薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种高质量单层多晶石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积技术，在氢气存在的情况下，第一步对金属基体进行退火处理，并利用较大气流的碳源气体高温下在金属基体表面催化裂解，气体流速不小于20 sccm，生长出石墨烯薄膜；第二步通过将生长气氛改为惰性气体，对基体表层石墨烯进行刻蚀，利用微量氢气使溶解在基体内部的碳原子析出至基体表面，形成密度可调的石墨烯晶核；第三步引入碳源气体使石墨烯晶核表面再生长，最终获得多晶石墨烯薄膜；使用该方法有效调节石墨烯薄膜的晶粒尺寸，获得晶粒尺寸均一可控的、晶界完美拼合的高质量单层多晶石墨烯薄膜；

所用金属基体为表面平整的铂、钌或铱金属的薄片或薄膜，纯度大于98 wt%，厚度不小于300nm，基体溶碳量在0.01wt% 至0.2wt% 之间；

所用金属基体退火处理温度为800℃～1600℃，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%，退火时间不少于10分钟；

第一步中的生长温度为500℃～1300℃，碳源与氢气的摩尔比为0.004～1，生长时间不小于10分钟；

第二步中刻蚀温度为500℃～1300℃，刻蚀时间不小于10分钟，气氛为惰性气体及其分散的不纯物；第二步中石墨烯的析出温度为500℃～1300℃，析出时间不小于10分钟，氢气与惰性气体的摩尔比为0.005～0.1；

第三步中再生长温度为500℃～1300℃，再生长时间不小于20分钟，碳源与氢气的摩尔比为0.005～0.1。

2.按照权利要求1所述的高质量单层多晶石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所用金属基体在丙酮、乳酸乙酯、水、异丙醇和乙醇之一种或两种以上中分别超声清洗，时间不少于10分钟。

3.按照权利要求1所述的高质量单层多晶石墨烯薄膜的制备方法，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一种或两种以上，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98%。

4.按照权利要求1所述的高质量单层多晶石墨烯薄膜的制备方法，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200℃以下，载气中氢气摩尔比不小于1%，快速冷却的速率不小于50℃/秒。

5.按照权利要求1所述的高质量单层多晶石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所制备的石墨烯薄膜的晶粒尺寸可大范围连续调节，晶粒尺寸分布在10 纳米～1微米。