[发明专利]三层石墨烯及其制备方法

说明书

本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种三层石墨烯及其制备方法。本发明通过将金属衬底与固态碳源相接并容置于化学气相沉积反应系统中，以固态碳源发生热分解的产物与气态碳源共同作为生长碳源，在金属衬底表面生成三层石墨烯。本发明制备方法制备得到的三层石墨烯的单晶横向尺寸为10μm‑500μm，属于大尺寸石墨烯，具有广泛的应用前景和市场价值。

技术领域

本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种三层石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯是碳原子按照六角排列而成的二维晶格结构，其厚度约0.335nm，不仅薄，还非常牢固坚硬。作为单质，石墨烯在室温下传递电子的速度比很多导体和半导体都快；而且石墨烯的理论比表面积高达2630m²/g，是一种很有潜力的能量储存活性材料。因此，因石墨烯材料具有独特的物理特性，且应用前景较广，故在近年受到广泛关注和研究。目前用于制备石墨烯材料的方法主要包括四种：机械剥离法、化学氧化还原法、碳化硅表面外延生长和化学气相沉积法。其中，化学气相沉积法可以生长大面积、高质量的连续石墨烯，已经越来越受到重视。

根据层数，石墨烯又可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯(3-10层)和多层石墨烯(10层以上)。其中，单层石墨烯为半金属材料，因此在半导体领域中的应用受到了限制；双层及以上的石墨烯因具有“AB堆垛”和“ABC堆垛”的特殊能带结构，在电子器件和光电领域具有广阔的应用前景。然而，化学气相沉积法制备双层以上的石墨烯时，金属衬底在覆盖满单层石墨烯后即失去催化活性，出现“自限制”生长的问题，导致难以继续生长得到双层以上的石墨烯。

发明内容

本发明的目的是提供一种三层石墨烯及其制备方法，旨在解决现有制备过程中因金属衬底出现“自限制”生长的问题导致难以得到三层石墨烯的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种三层石墨烯的制备方法，其包括如下步骤：

提供金属衬底、固态碳源和气态碳源；

将所述金属衬底与所述固态碳源相接并容置于化学气相沉积反应系统中，通入所述气态碳源，通过化学气相沉积反应，在所述金属衬底表面生成三层石墨烯。

本发明另一方面提供了一种三层石墨烯，其是通过上述三层石墨烯的制备方法制备得到，且所述三层石墨烯的横向尺寸为10μm-500μm。

金属催化法制备石墨烯是以金属衬底作为催化剂催化气态碳源裂解生成碳原子，经多相催化反应，在金属衬底表面沉积生长石墨烯。其中，由于金属衬底是气态碳源发生裂解的催化剂，在单层石墨烯覆盖满金属衬底表面时，金属衬底无法再与气态碳源接触，无法发挥其催化活性，因此出现“自限制”生长的问题，停止生长石墨烯。本发明提供的三层石墨烯的制备方法中，通过将固态碳源与金属衬底相接以避免化学气相沉积反应系统中气流的影响，同时，在化学气相沉积反应过程中，固态碳源发生热分解，且热分解的产物作为一部分生长碳源直接与金属衬底相接触，气态碳源作为另一部分生长碳源，从而解决了金属衬底表面覆盖满单层石墨烯后无法继续催化气态碳源发生裂解的问题，进而在长满单层石墨烯后可以继续生长，得到三层石墨烯，具有步骤简单、容易实施的优点。

本发明提供的三层石墨烯的单晶横向尺寸为10μm-500μm，属于大尺寸石墨烯，因此其电子迁移率和热导率更高，具有广泛的应用前景和市场价值。

附图说明

图1为本发明实施例1制备所得三层石墨烯的SEM图；

图2为本发明对比例1制备所得单层石墨烯的SEM图；

图3为本发明实施例1制备所得三层石墨烯的拉曼光谱图。

具体实施方式