[发明专利]一种层数可控石墨烯的制备方法

说明书

本申请涉及一种层数可控石墨烯的制备方法，该方法包括：获取熔融金属；对熔融金属的温度场进行调控；将含碳气体以气泡形式通入熔融金属的底部；对气泡在熔融金属中的行进路径进行调控，如此可以调控石墨烯的析出层数，可以为现有技术提供有效控制石墨烯层数的手段，具有重要的应用前景。

技术领域

本申请涉及石墨烯制备技术领域，特别涉及一种层数可控石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯材料作为二维材料家族的典型代表，其独特的零带隙半金属特性、高电子迁移率以及优异的透光性能以及极高的机械强度和热导率，使得其自成功制备的十五年来一直受到学术界和工业界的广泛研究。基于其优异特性，石墨烯材料已经或将要在导电剂，高导电，高导热复合材料中崭露头角。

目前，少层石墨烯(1-10层)可通过氧化还原法、化学插层法、电化学法、机械剥离法或化学气相沉积法实现规模化制备，然而这些方案所得石墨烯材料各有其缺点。例如，使用氧化还原法有产物缺陷多、成本高和高污染的问题；化学插层法、电化学法和机械剥离法有产率低的问题。

利用化学气相沉积工艺，高质量单层石墨烯材料可通过催化裂含碳气体在不同金属或合金衬底表面实现制备，所得石墨烯材料横向尺寸大、结晶质量高，具有重要的应用前景。然而，化学气相沉积工艺目所面临两方面问题：一是产量低，二是缺乏有效控制层数的手段。

发明内容

本申请实施例提供了一种层数可控石墨烯的制备方法，通过熔融金属的温度场和气泡在熔融金属中的行进路径的调控，从而可以控制所生成的石墨烯的层数。

本申请实施例提供了一种层数可控石墨烯的制备方法，包括：

获取熔融金属；

对熔融金属的温度场进行调控；

将含碳气体以气泡形式通入熔融金属的底部；

对气泡在熔融金属中的行进路径进行调控，以调控石墨烯的析出层数。

可选的，获取熔融金属，包括：

将具有催化性的金属材料放入坩埚中；

在惰性气体气氛下对坩埚进行加热，直至金属材料呈熔融状态，得到熔融金属。

可选的，对熔融金属的温度场进行调控，包括：

通过设置于坩埚底部的第一加热元件与设置于坩埚顶部的第二加热元件，制造熔融金属的温度梯度，以使熔融金属的底部温度高于熔融金属的顶部温度；第一加热元件的加热功率大于第二加热元件的加热功率。

可选的，熔融金属的底部温度与熔融金属的顶部温度的温差范围为0～100摄氏度。

可选的，对熔融金属的温度场进行调控之后，将含碳气体以气泡形式通入熔融金属的底部之前，方法还包括：

在坩埚内部设置气液两相流导引装置；

对气泡在熔融金属中的行进路径进行调控，包括：

将气泡从气液两相流导引装置的底部通入，以通过气液两相流导引装置对气泡的行进路径进行引导。

可选的，对气泡在熔融金属中的行进路径进行调控，包括：

使用搅拌棒对气泡在熔融金属中的直线上升路径进行干扰。

可选的，方法还包括：

通过收集装置收集随惰性气体气流从熔融金属中溢出的石墨烯。

可选的，金属材料为镍、钴、铁、铂、铜、铝、铬、金、锰、钛、锡、镁、镓、锌、银、铟、钯中的一种或多种混合物。