[发明专利]一种高效消除化学气相沉积法石墨烯褶皱的方法

权利要求书

1.一种高效消除化学气相沉积法石墨烯褶皱的方法，其特征在于：利用在高温环境下的可控质子注入，通过精确控制温度环境和生成质子的氢气等离子体功率和时间，在基体上直接生长出无褶皱的超平整石墨烯薄膜，或者消除带有褶皱的石墨烯上的褶皱；基体为铜、镍、铂、铱、钌、钨、金、银、氧化硅、氧化铝或碳化硅；

具体步骤如下：

(1) 将生长基体放置于等离子体辅助化学气相沉积系统，调节好合适的反应气氛和压强，同时调整合适的耦合匹配功率，当基体加热至一定温度后保持开始启动等离子体进行反应；所述等离子体辅助化学气相沉积系统包括等离子体发生器，真空系统，加热系统；其中等离子体发生器功率可调范围为5 ~ 1000 W，真空系统可调压强10^-5 ~10⁵ Pa，系统可控加热温度范围25 ~ 1000 ℃；

使用的等离子体辅助化学气相沉积技术通过调节反应气氛和气流量、反应压强、加热温度、加热时间、等离子体功率和反应时间；反应气为甲烷和氢气；气流量为50 ~ 2000sccm；反应压强为1 ~ 20 Pa；加热温度为500 ~ 1000 ℃，加热时间5 min ~ 2 h；等离子体功率为5 ~ 200 W，等离子体反应时间为60s ~ 3600 s；

(2) 生长过程的发生与结束：加热基体到指定温度，启动等离子体的功率和反应时间，使反应发生；反应结束，关闭反应气体，样品自然降温至室温。

2.一种高效消除化学气相沉积法石墨烯褶皱的方法，其特征在于：处理有褶皱石墨烯以减小和消除褶皱的步骤：

(1) 将有褶皱石墨烯置于等离子体辅助化学气相沉积系统，加热一定时间并辅以特定的氢气压强，同时调整适当的耦合匹配功率和反应时间的等离子体反应，能减小和消除石墨烯褶皱；使用的等离子体辅助化学气相沉积技术通过调节反应的温度、压强、反应气流量、加热时间、等离子体强度和反应时间，反应温度为100 ~ 1000℃；反应压强为1~ 100Pa；反应气为甲烷和氢气；气流量为5 ~ 2000 sccm；加热时间为60 ~ 3600 s；等离子体反应时间为60 ~ 1800 s；有褶皱石墨烯指传统化学气相沉积法方式生长在基体上，基体为铜、镍、铂金属，氧化硅或碳化硅，由于热涨率差异形成的褶皱。

3.根据权利要求1或2所述的高效消除化学气相沉积法石墨烯褶皱的方法，其特征在于：其中等离子体发生器为电感耦合的射频等离子体，功率可调范围为5 ~ 1000 W，真空系统调节压强10^-5 ~10⁵ Pa，系统可控加热温度范围25 ~ 1000 ℃。

4.根据权利要求1所述的高效消除化学气相沉积法石墨烯褶皱的方法，其特征在于：所述使用的等离子体辅助化学气相沉积技术通过调节反应的温度、压强、反应气流量、加热时间、等离子体强度和反应时间，反应温度为500 ~ 1000 ℃；压力为1 ~ 20 Pa；反应气为甲烷和氢气；气流量为50 ~ 1000 sccm；加热时间为5min ~ 1h ；等离子体功率5 ~ 200 W，反应时间为60s ~ 3600 s。

5.根据权利要求2所述的高效消除化学气相沉积法石墨烯褶皱的方法，其特征在于：所述的有褶皱石墨烯的制备是通过化学气相沉积方法，通过调整反应温度、压强、载气流量，生长出有褶皱石墨烯薄膜；反应温度600 ~ 1400 ℃；压强在10^-2 ~ 10⁵ Pa；碳源气体为：甲烷，气流量为10^-5 ~ 100 sccm；载气为氮气、氦气、氩气；气流量为5 ~ 5000 sccm；反应时间5 ~3600 s。

6.根据权利要求2所述的高效消除化学气相沉积法石墨烯褶皱的方法，其特征在于：对有褶皱样品的后续处理，加热时间60 ~ 3600 s，加热温度为100 ~ 1000 ℃；等离子体功率为10 ~ 500 W，等离子体反应时间为1~ 30 min，反应压强为1 ~ 100 Pa。

7.根据权利要求1或2所述的高效消除化学气相沉积法石墨烯褶皱的方法，其特征在于：褶皱的高度能有效地调控减小或者消除，对于单层石墨烯褶皱的高度小于等于3 nm。