[发明专利]一种在非金属基底上快速CVD生长单层石墨烯的方法

权利要求书

1.一种在非金属基底上快速CVD生长单层石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将非金属基底在非氧化性气氛中升温至生长温度900～1200℃，保持时间不少于1分钟，形成反应体系；

2)保持所述步骤1)中的温度不变，向步骤1)反应体系中充入碳源、氢气、载气和水蒸气，采用化学气相沉积技术，在所述步骤1)处理完毕的基底上进行反应生长石墨烯，生长温度为900℃～1200℃，生长时间20～60min；

3)反应完毕后，关闭碳源和水蒸气，在惰性气氛保护下冷却到室温，得到单层石墨烯；

步骤2)中，水蒸气通过载气带入反应体系，所用载气为氮气和氩气中的至少一种，体积纯度均大于99.9％；

通过改变载气流量调节水蒸气的添加量，载气的流量为大于0至100毫升/分钟，碳源的流量为大于0至50毫升/分钟，氢气的流量为1～500毫升/分钟。

2.按照权利要求1所述的在非金属基底上快速CVD生长单层石墨烯的方法，其特征在于，步骤1)中，所用非金属基底包括但不局限于硅片、石英片、氮化硼、氧化铝、带有二氧化硅涂层的硅片或云母片。

3.按照权利要求1所述的在非金属基底上快速CVD生长单层石墨烯的方法，其特征在于，步骤1)中，基底由室温升至生长温度所需时间在5～60分钟内，非氧化性气氛为氩气或氩气与氮气的混合气体，其流量为50至150毫升/分钟。

4.按照权利要求1所述的在非金属基底上快速CVD生长单层石墨烯的方法，其特征在于，步骤2)中，所用碳源为碳氢化合物：甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、甲醇、乙醇、苯、甲苯、环己烷中的至少一种，碳源与载气的摩尔比为0.1～10。

5.按照权利要求4所述的在非金属基底上快速CVD生长单层石墨烯的方法，其特征在于，碳源为液体时，将其置于孟氏洗瓶中，通过氩气或氩气与氮气的混合气体鼓泡带入反应体系。

6.按照权利要求1所述的在非金属基底上快速CVD生长单层石墨烯的方法，其特征在于，步骤3)中，冷却速率不小于1℃/s。

7.按照权利要求1所述的在非金属基底上快速CVD生长单层石墨烯的方法，其特征在于，该方法制备的石墨烯外观呈岛状，随着生长时间的延长，岛状石墨烯拼接成连续的薄膜，其实测厚度范围为0.33～1纳米。