[发明专利]石墨烯玻璃及其制备方法

说明书

本公开提供一种石墨烯玻璃的制备方法，包括：提供一玻璃；于玻璃表面进行物理气相沉积形成钛中间层；及于钛中间层表面进行化学气相沉积生长石墨烯，得石墨烯玻璃。该方法通过在玻璃基底和石墨烯之间引入一层极薄的钛中间层，大幅提高了石墨烯与玻璃之间的结合力，所获得的石墨烯玻璃具有面电阻低、均匀性良好、石墨烯层厚可控、石墨烯生长速率高、使用寿命长等特点，并具有良好的结构及性能稳定性，有利于促进石墨烯玻璃在生产生活中，尤其是在某些极端工作条件下实际应用的开发。

技术领域

本公开涉及复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯玻璃及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种具有平面六角蜂窝状晶格结构的二维原子晶体，具有一系列优异的性能，诸如超高的载流子迁移率(可高达200,000cm²·V^-1·s^-1)、良好的透光性(单层吸光度为一精细结构常数πα，～2.3％)、极佳的面内导热能力(热导率可高达～5300W·m^-1·K^-1)、极高的机械强度及柔性、表面疏水性以及良好的生物相容性等。这些优异的性能使石墨烯在电子器件、光电器件、能源储存及转化、生物分子检测等领域具有巨大的应用潜力。玻璃是一种历史悠久、用途广泛的无机非金属非晶材料，具有极高的硬度、良好的透光性、刚性、绝缘等性质，可作为支撑石墨烯的基底材料。将石墨烯薄膜直接覆盖在玻璃表面形成一种新复合材料——石墨烯玻璃，可实现两种材料性能上的优势互补，所获得的石墨烯玻璃复合材料具有透明、横向导热、导电、疏水及刚性等特性，有望广泛用于透明电加热设备、智能调光窗、生物分子检测及细胞培养等领域。

目前石墨烯玻璃的制备方法大致可分为三类：涂覆法、转移法和CVD直接生长法。其中，CVD直接生长法可在玻璃表面获得结晶质量相对较高的石墨烯薄膜，同时直接生长也避免了转移过程所带来的诸多困扰，还具有制备成本较低、易于批量化、石墨烯生长可控性好等优势，因而逐渐成为最具潜力的石墨烯玻璃制备方法。

然而，由于石墨烯和玻璃基底间的界面相互作用以较弱的范德华相互作用为主，石墨烯在玻璃基底上的附着力较差，石墨烯薄膜极易因刮蹭等机械作用而受到破坏而引起材料的失效，不利于石墨烯玻璃应用的推广与拓展。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种石墨烯玻璃的制备方法及采用该方法制备的石墨烯，以解决现有石墨烯在玻璃基底上附着力较差的问题。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种石墨烯玻璃的制备方法，包括：提供一玻璃；于玻璃表面进行物理气相沉积形成钛中间层；及于钛中间层表面进行化学气相沉积生长石墨烯，得石墨烯玻璃。

根据本公开的一个实施方式，物理气相沉积采用磁控溅射法和/或真空蒸发镀膜法，磁控溅射法选自直流磁控溅射法、高功率脉冲磁控溅射法、中频磁控溅射法、射频磁控溅射法和反应磁控溅射法中的一种或多种，真空蒸发镀膜法选自电子束蒸发镀膜法、多弧离子镀膜法和离子束蒸发镀膜法中的一种或多种。

根据本公开的一个实施方式，通入碳源气体和还原气体于化学气相沉积系统进行化学气相沉积，碳源选自甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的一种或多种，碳源气体的流量为3sccm～10sccm，还原气体的流量为5sccm～10sccm。

根据本公开的一个实施方式，石墨烯的生长温度为600℃～700℃，化学气相沉积系统内的真空度为1Pa～10Pa。

根据本公开的一个实施方式，石墨烯生长前，还包括对形成钛中间层后的玻璃进行退火处理，退火处理包括第一退火处理和第二退火处理，第一退火处理的温度为300℃～350℃，时间为1.5h～2.5h；第二退火处理的温度为600℃～700℃，时间为0.5h～2.5h。