[发明专利]一种原位批量制备高质量石墨烯的方法及其产品

说明书

本发明涉及一种原位批量制备高质量石墨烯的方法及其产品，属于石墨烯制备技术领域。本发明将多片铜箔竖直放置后，在各片基片之间放入自制的石英杆，从而组成多个限域通道结构(由于在高温条件下对基片内部表面的金属蒸发后能够再沉积到表面，从而在这些限域通道结构内，能够显著降低基片表面的粗糙度)，将其在CVD管式炉中进行高温退火处理后通入碳源气体生长形成高质量的石墨烯。由于平整的表面不利于石墨烯的成核，因此本发明对生长基底的预处理极大地降低了基片表面石墨烯的成核密度，为高质量石墨烯的生长创造了条件，并且能够进行批量处理。

技术领域

本发明属于石墨烯制备技术领域，具体涉及一种原位批量制备高质量石墨烯的方法及其产品。

背景技术

石墨烯是一种二维材料，由一个原子层厚度的碳原子基于sp²杂化组成的六角蜂巢状结构组成。石墨烯具有很多种优异的性能，如超高机械强度(石墨烯的杨氏模量为1TPa、石墨烯的本征强度为130GPa)、良好导热性(石墨烯常温下热导率为5000WmK^-1)、高光学透过率(石墨烯具有高达97.7％的全波段透光率)和超强导电性(石墨烯的电子迁移率超过2.5×105cm²V^-1s^-1)，因此石墨烯具有广泛的用途。

近年来，如何提高石墨烯的质量成为了研究热点。虽然石墨烯的生长可以越过铜表面的各种微观形貌(如台阶等)以及大部分的缺陷(如位错、原子突起等)，但铜粗糙的表面结构依然会直接影响其上生长的石墨烯的质量：首先，铜表面的台阶结构可能会使石墨烯的晶向发生偏转，从而形成晶界等缺陷；其次，研究发现石墨烯倾向于优先在缺陷和微观结构粗糙处成核，因此铜粗糙的表面结构增大了成核密度，从而可能降低石墨烯的质量。因此,，铜表面形貌和质量能够在很大程度上决定其上所制备得到的石墨烯的质量。虽然目前有研究者利用机械抛光、电化学抛光等方法对铜箔表面处理，这些方法都一定程度的提高了石墨烯的质量，但是都仅限于单片处理。

因此需要对能够进行批量化生产的制备高质量石墨烯的方法进行研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种原位批量制备高质量石墨烯的方法；本发明的目的之二在于提供一种原位批量制备高质量石墨烯的方法制备得到的高质量石墨烯。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种原位批量制备高质量石墨烯的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)准备生长基底：将N片基片竖直放置，所述基片之间放置石英杆隔开形成多个限域通道结构的同时避免高温下基片之间产生粘连；

(2)基底预处理：将步骤(1)中所述的生长基底放入CVD管式炉中，通入辅气进行高温退火预处理；

(3)生长石墨烯：步骤(2)中预处理结束后通入碳源气体，在基底上原位生长形成石墨烯；

(4)后处理：生长结束后停止通入碳源气体，继续通入辅气直至降至常温状态后取出即可。

优选的，步骤(1)中所述基片的材质为金属。

进一步优选的，所述金属为铜、镍、铁或钴中的任意一种或几种形成的合金。

优选的，步骤(1)中所述石英杆的直径为3～20mm。

优选的，步骤(2)和步骤(4)中所述辅气为氢气和氩气形成的混合气体，通入辅气的过程中通入氢气的流量为5～200sccm、通入氩气的流量为50～1000sccm。

优选的，步骤(2)中所述高温退火预处理具体为：以10～15℃/min速度将CVD管式炉中的温度升温至1000～1060℃后保持30～240min。

优选的，步骤(3)中所述碳源气体为甲烷、乙烯或乙炔中的任意一种。