[发明专利]具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，制备方法包括：提供一衬底；于衬底上表面形成氢钝化层和位于氢钝化层上表面的石墨烯层；将一探针置于石墨烯层上，并给探针施加一预设电压，以激发探针对应位置的部分氢钝化层转换成氢气，氢气使得其对应位置的石墨烯层凸起以形成包覆氢气的石墨烯气泡。通过上述方案，本发明提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构以及该石墨烯结构的制备方法，本发明的技术方案可以精确地控制石墨烯气泡的形成位置，并实现了石墨烯气泡的大小以及形状等的高度可控，本发明的制备方法操作简单，具有很强的可操作性和实用价值。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，特别是涉及一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及制备方法。

背景技术

石墨烯气泡作为一种充满气体的特殊石墨烯应变结构，能有效的调节石墨烯的狄拉克点和能带结构。关于石墨烯气泡的相关研究，近些年开始兴起。

目前，理论预测了石墨烯在施加一定方向的应力下能够产生数个特斯拉大小的赝磁场，其中，如此大的赝磁场已足以在不外加磁场的情况下观察到朗道能级分裂现象，并能够调制石墨烯的能带结构；紧接着，在Pt(111)上通过CVD生长的石墨烯区域边界处观察到了自然形成的石墨烯纳米气泡，通过STS测试发现气泡上出现一系列的朗道能级峰，拟合出气泡内均匀分布的高达300T的赝磁场，实验上首次证实了关于应力石墨烯产生赝磁场的理论。此外，石墨烯气泡在光学上可以用作纳米透镜，在谷电子学中可用作谷滤波器和分束器。

然而，目前国际上制备石墨烯气泡主要采用的方法有以下几种：1)CVD生长石墨烯过程中自然包裹气体形成气泡；2)注入气体离子退火后形成气泡；3)利用电化学方法电离水分子产生气泡。但是，以上几种方法存在诸多问题，如均不能实现对气泡位置的精确控制，气泡大小和形状的控制也较为困难等。

因此，如何提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，用于解决现有技术中石墨烯气泡制备过程中大小、位置以及形状等难以控制等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一衬底；

2)于所述衬底上表面形成氢钝化层和位于所述氢钝化层上表面的石墨烯层；及

3)将一探针置于所述石墨烯层上，并给所述探针施加一预设电压，以激发所述探针对应位置的部分所述氢钝化层转换成氢气，所述氢气使得其对应位置的所述石墨烯层凸起以形成包覆所述氢气的石墨烯气泡。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，利用化学气相沉积的方法形成所述石墨烯层，其中，所述化学气相沉积的载气包括氢气，所述氢气在所述化学气相过程中饱和所述衬底上表面的不饱和键形成所述氢钝化层。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，所述石墨烯层包括单层石墨烯或多层石墨烯。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述衬底的材料包括Ge、Cu、Ni、h-BN及Au所构成的群组中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述石墨烯气泡的底面形状包括点状、线状、圆形、方形及环形中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述探针包括原子力显微镜的AFM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述原子力显微镜选定所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置。

作为本发明的一种优选方案，采用所述原子力显微镜的接触模式选择所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置，且在所述接触模式下给所述AFM导电探针施加所述预设电压。