[发明专利]一种基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法及石墨烯阵列

权利要求书

1.一种基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，包括：

步骤1，在碳化硅泡沫表面涂覆B₂O₃，然后在氧气氛围中进行热处理，得到P型碳化硅泡沫；

步骤2，对P型碳化硅泡沫进行退火，得到碳化硅泡沫衬底；

步骤3，对碳化硅泡沫衬底进行热解外延石墨烯，得到表面长有石墨烯薄膜的碳化硅泡沫；

步骤4，将表面长有石墨烯薄膜的碳化硅泡沫进行物理气相传输处理，得到表面长有石墨烯阵列的碳化硅泡沫；

步骤5，从表面长有石墨烯阵列的碳化硅泡沫表面剥离得到石墨烯阵列。

2.根据权利要求1所述的基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，步骤1中，所述碳化硅泡沫的制备方法，包括：

将中间相沥青粉末、富含硅的稻壳炭、聚丙烯腈基纳米炭纤维、硅粉和氧化亚硅粉末放入高压釜中，排净空气后，以初始升温速率为1～4℃/min升温至320～350℃，保温1～4小时，再以1～4℃/min的升温速率加热至420～450℃保温1～5小时，得到沥青泡沫；

在惰性气氛下，将沥青泡沫加热至800～1000℃，保温1～3小时，获得炭泡沫模板；在炭泡沫模板顶层外表面撒上硅粉，以3～6℃/min升温至1700～2000℃，保温1～3小时，得碳化硅泡沫。

3.根据权利要求2所述的基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，聚丙烯腈基纳米炭纤维与中间相沥青粉末的质量比为1:(12～25)。

4.根据权利要求1所述的基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，步骤1中，所述热处理制度具体是：在600℃～700℃保温30min、升温至1200℃～1300℃保温60min、升温至1400℃～1500℃保温30min。

5.根据权利要求1所述的基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，步骤2具体为：将P型碳化硅泡沫与石墨混合后，经过粉压成型为块材，在压力为3～5.5GPa、温度为1500℃～1700℃条件下退火，然后进行酸碱处理，得到碳化硅泡沫。

6.根据权利要求1所述的基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，步骤3具体为：真空条件下，将碳化硅泡沫衬底以55℃～65℃/min的升温速率升温到1200～1400℃，再以4～40℃/min的升温速率升温至1350℃～1650℃保温，保温结束后冷却，所得样品水洗，得到表面长有石墨烯薄膜的碳化硅泡沫。

7.根据权利要求1所述的基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，步骤3在将碳化硅泡沫衬底热解外延石墨烯之前，对碳化硅泡沫衬底用氢氟酸浸泡，再依次用水、丙酮、酒精、水进行清洗处理。

8.根据权利要求1所述的基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，步骤4具体为：

将表面长有石墨烯薄膜的碳化硅泡沫装入物理气相传输系统，充入氩气与氢气的混合气体直至压力达到45～55kpa，并加热至1400～1600℃；

随后在5min内将物理气相传输系统内压力由50kpa降低至真空，再次充入氩气与氢气的混合气体直至压力达到50kpa，并且维持20～30min，重复若干次该操作，得到表面长有石墨烯阵列的碳化硅泡沫。

9.根据权利要求1所述的基于碳化硅三维泡沫制备石墨烯阵列的方法，其特征在于，步骤5具体为：将表面长有石墨烯阵列的碳化硅泡沫在空气中加热至450℃～600℃，保温6小时，经冷却后可从SiC泡沫表面剥离得到石墨烯阵列。

10.采用权利要求1-9任一项所述的方法得到的石墨烯阵列。