[发明专利]批量制备石墨烯薄膜的方法

说明书

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种批量制备石墨烯薄膜的方法。本发明制备方法中，一方面通过利用容器的限域空间作用，将化学气相沉积反应过程中的石英渣、灰尘颗粒等各种杂质隔离在容器的外面，从而避免上述杂质对所得石墨烯薄膜造成杂质污染，可大大提高了所得单晶石墨烯薄膜的表面洁净度。另一方面通过准备多个衬底和多个容器，每个容器容置一个衬底的方式，可以在一次化学气相沉积反应批量获得多个石墨烯薄膜，提高了石墨烯薄膜的产能和制备效率，解决了现有石墨烯薄膜制备方法对其产业化生成的限制，不仅降低了生产成本，也节约了资源。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种批量制备石墨烯薄膜的方法。

背景技术

石墨烯是一种二维单层碳原子材料，自从2004年被实验上发现以来，凭借它独特的性质，引起了科学界的广泛研究热潮。石墨烯具有超高的载流子迁移率、是已知硬度最大、厚度最薄、强度最强的材料。同时，它还具有非常好的透光率和热导率。自石墨烯被发现以来，高质量的石墨烯制备一直是石墨烯研究领域的一个热点。化学气相沉积(CVD)方法由于操作简单、重复性较好，制备出的石墨烯尺寸可延伸的优点而被广泛采用。

但是，因为化学气相沉积法制备石墨烯薄膜的过程需要高温加热并保持温度，同时还需要在此过程中不断通入氢气和保护性气体，这导致了单片石墨烯薄膜的制备成本较高。同时制备设备内部附着的杂质、退火炉内壁因加热产生的碎渣等等一系列因素也导致了石墨烯薄膜的表面或者内部在制备过程中附上杂质，这不仅会破坏石墨烯薄膜原本完整的结构，同时还会导致其优异的特性得不到体现。

发明内容

本发明的目的是提供一种批量制备石墨烯薄膜的方法，旨在解决现有石墨烯薄膜制备方法存在的单次只能制作单个石墨烯薄膜，且所得的石墨烯薄膜杂质多等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种批量制备石墨烯薄膜的方法，其包括如下步骤：

提供多个衬底、碳源和多个容器，每个所述容器上均设有至少一个通孔；

每一所述容器容置一所述衬底，经化学气相沉积反应，将所述碳源至少沉积在所述衬底表面，得到多个石墨烯薄膜。

本发明提供的制备方法中，首先，通过利用容器的限域空间作用，将化学气相沉积反应过程中的石英渣、灰尘颗粒等各种杂质隔离在容器的外面，从而避免上述杂质对所得石墨烯薄膜造成杂质污染，不仅大大提高了所得石墨烯薄膜的表面洁净度，而且可以获得低层数、高质量、大尺寸的石墨烯薄膜，具有更优异的性能。其次，通过准备多个衬底和多个容器，每个容器容置一个衬底的方式，可以通过一次化学气相沉积反应批量性获得多个石墨烯薄膜，提高了石墨烯薄膜的产能，且无需对衬底进行复杂多样的表面预处理，解决了现有石墨烯薄膜制备方法对其产业化生成的限制，不仅降低了生产成本，也节约了资源。

作为本发明批量制备石墨烯薄膜的方法的一种优选技术方案，所述多个容器分为至少一层容器组，每层所述容器组含至少一个所述容器。

作为本发明批量制备石墨烯薄膜的方法的一种优选技术方案，所述容器包括容器本体及覆盖所述容器本体的顶盖，所述通孔设置在所述容器本体的侧壁。

作为本发明批量制备石墨烯薄膜的方法的进一步优选技术方案，所述容器为的材质为石墨或金属。

作为本发明批量制备石墨烯薄膜的方法的一种优选技术方案，所述化学气相沉积反应是在保护性气体和氢气的混合气氛中进行，所述化学气相沉积反应的反应温度为800℃-1000℃，反应时间为10min-300min。

作为本发明批量制备石墨烯薄膜的方法的进一步优选技术方案，所述保护性气体的通入流量为100sccm-1000sccm。

作为本发明批量制备石墨烯薄膜的方法的进一步优选技术方案，所述保护性气体选自氮气、氩气中的至少一种。