[发明专利]一种石墨烯纳米片结构缺陷修复与片间拼接方法

说明书

一种石墨烯纳米片结构缺陷修复与片间拼接方法，首先配制含有镍离子的生长液，通过微波加热法在硅基底表面生长镍纳米粒子薄膜；然后将石墨烯纳米片与乙醇配置成混合液，将混合液匀速挤出到去离子水表面，获得悬浮在去离子水表面的石墨烯纳米片，转移悬浮在去离子水表面的石墨烯纳米片到硅基底上面的镍纳米粒子薄膜表面，对带有石墨烯纳米片及镍纳米粒子薄膜的硅基底进行烘干处理；最后对烘干后的带有石墨烯纳米片及镍纳米粒子薄膜的硅基底进行退火处理，快速冷却至室温；使用腐蚀液去除镍纳米粒子薄膜，获得大幅面高质量石墨烯薄膜；本发明实现了对微纳米石墨烯片进行结构缺陷修复与片间的拼接，工艺简单、可靠。

技术领域

本发明属于石墨烯缺陷修复技术领域，具体涉及一种石墨烯纳米片结构缺陷修复与片间拼接方法。

背景技术

石墨烯的独特二维晶体结构赋予了其超高的比表面积、高电子迁移率和导热率、高机械强度等诸多优异特性，石墨烯作为一种新型低维功能碳材料，在太阳能电池、电子器件、晶体管、超级电容器、透明导电电极、感光元件、生物医疗和基因测序、抗菌器件等领域中具有广泛而深远的应用潜力，因此，具有完美结构的高质量石墨烯成了研究者竞相追求的目标。然而，目前的石墨烯制备工艺过程中，难免存在一些缺陷，如晶格缺陷、外引入缺陷(少许含氧基团如羰基、羧基及环氧基等)；此外，石墨烯的堆叠、并域为类石墨烯结构时也会产生缺陷。这些缺陷不同程度的影响着石墨烯的光、电以及力学性能等，究其原因，晶格缺陷打断了电子传输通道，且不同程度地损伤了石墨烯结构完整性与对称性。针对石墨烯缺陷影响其性能的问题，研究如何消除石墨烯缺陷是热点，且需要找出石墨烯缺陷修复之法。

为了减少石墨烯缺陷问题，研究者主要从两个方面开展工作。第一，通过制定更优的制备方法获得本身具有较低缺陷浓度的石墨烯；第二，通过对已有较多缺陷的石墨烯进行缺陷修复，降低其缺陷。上述方法均可以在一定程度上减少石墨烯外原子氧引入缺陷，但是外引入缺陷的移除往往伴随着碳原子的丢失，从而形成本征缺陷。这些缺陷的存在，严重影响了石墨烯以及相应石墨烯器件的优良性能，故石墨烯纳米片的结构缺陷修复与片间拼接方法是解决该问题的关键技术。在石墨烯缺陷修复理论分析的基础上，找出修复、拼接方法，实现对石墨烯纳米片进行结构缺陷修补，提升其基本的优良性质，是石墨烯纳米片现阶段研究的重要挑战之一。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨烯纳米片结构缺陷修复与片间拼接方法，实现了对微纳米石墨烯片进行结构缺陷修复与片间的拼接，获得大幅面高质量石墨烯薄膜。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种石墨烯纳米片结构缺陷修复与片间拼接方法，包括以下步骤：

1)硅基底表面生长镍纳米粒子薄膜：首先配制含有镍离子的生长液，然后准备清洗干净的硅基底，通过微波加热法在硅基底表面生长镍纳米粒子薄膜；

2)转移分散液中的石墨烯纳米片：将石墨烯纳米片与乙醇按照比例配置成混合液，然后将混合液匀速挤出到去离子水表面，获得悬浮在去离子水表面的石墨烯纳米片；转移悬浮在去离子水表面的石墨烯纳米片到硅基底上面的镍纳米粒子薄膜表面；对带有石墨烯纳米片及镍纳米粒子薄膜的硅基底进行烘干处理；

3)退火处理修复缺陷获得石墨烯薄膜：对烘干后的带有石墨烯纳米片及镍纳米粒子薄膜的硅基底进行退火处理，在真空环境下通入氢气，退火之后，快速冷却至室温，石墨烯纳米片的结构缺陷得到修复且片间拼接成连续的石墨烯薄膜；使用腐蚀液去除镍纳米粒子薄膜，获得大幅面高质量石墨烯薄膜。

所述的步骤1)中微波加热参数为中火3-10分钟，生长液溶剂为乙二醇、乙醇、丙三醇，镍源为氯化镍、硫酸镍。

所述的步骤2)中混合液中石墨烯纳米片在乙醇试剂中的浓度为0.01-0.08mg/ml。

所述的步骤2)中混合液匀速挤出的参数为0.05-0.1ml/s。