進(jìn)氣閥，抽走反應(yīng)腔內(nèi)的所有氣體，降溫冷卻，得到石墨烯。降溫過程中通入非氧化性氣體保護(hù)，優(yōu)選地，通入氫氣和惰性氣體(例如氬氣)，氫氣的流量為4-12立方厘米/分鐘/升反應(yīng)腔體積，惰性氣體(例如氬氣)的流量為0.04-0.1升/分鐘/升反應(yīng)腔體積，
[0033]通入時間為5-50分鐘。
[0034]此外，為了得到純凈的石墨烯，還可以在冷卻步驟后，將所得的帶有金屬襯底的石墨烯通過熱敏膠帶、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)或高聚物粘結(jié)劑轉(zhuǎn)移到PET (聚對苯二甲酸乙二酯)基底層上，然后去除該金屬生長材料。去除金屬生長材料可以使用例如腐蝕法或氣泡剝離法。在本發(fā)明的一個實施方案中，將厚度為500nm的PMMA層施加至帶有銅箔的石墨烯薄膜上，待PMMA層自然晾干定型后，將涂有PMMA的石墨烯/銅箔置于濃度為0.5mol/L的三氯化鐵水溶液中除去銅箔，完全去除銅后用去離子水水洗多次，得到PMMA/石墨烯薄膜，然后將PMMA/石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至188 μ m PET薄膜上，空氣中自然風(fēng)干后，用丙酮多次清洗去除PMMA。
[0035]為測量石墨烯在可見光區(qū)域內(nèi)的透光率，對PET上的石墨烯膜進(jìn)行紫外可見光譜表征。石墨烯的透光率在可見光波段與波長無關(guān)，透射光譜幾乎為平坦?fàn)顟B(tài)，本發(fā)明中通常以550nm的波段對應(yīng)的透光率作為石墨烯的透光率。
[0036]本發(fā)明制備的石墨烯膜從單層到多層可控，較容易得到單層石墨烯。根據(jù)本發(fā)明方法制備的單層石墨烯的形貌很均勻，表面黑點數(shù)量較少，透光率為85%-86.5%，方阻為350-400 Ω/ □;未采用氧氣處理(即步驟2)處理)制備的石墨烯的表面黑點數(shù)量較多，透光率為 84%-85%，方阻為 400-450 Ω / 口。
[0037]下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地闡述，實施例僅用于示例性地解釋本發(fā)明而非對其進(jìn)行任何限制。
[0038]實施例
[0039]實施例1
[0040]將商用25 μ m厚的6cmX6cm銅箔依次用去離子水、乙醇、丙酮清洗10分鐘后,在烘箱內(nèi)于200°C下烘干15分鐘；冷卻后，置于6CmX6CmX6Cm的石英舟上，并將石英舟推入約50L的石英管中部，再將石英管放入電爐中，使石英管的中部位于電爐的中心區(qū)域。關(guān)閉石英管的法蘭，開啟真空泵對石英管抽真空至KT3Pa以下；關(guān)閉真空泵，保壓檢漏(不漏氣進(jìn)行下一步，漏氣則檢查)。然后向石英管內(nèi)通入流量為3升/分鐘(是指25°C、大氣壓條件下每分鐘的流量)的氬氣，開始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到800°C時，停止通入氬氣，打開真空泵，將壓力抽至1Pa以下。
[0041]隨后，向反應(yīng)腔內(nèi)通入流量為112毫升/分鐘(是指25°C、大氣壓條件下每分鐘的流量)的氧氣和3升/分鐘的氬氣，同時打開真空泵，將產(chǎn)生的廢氣抽走，處理時間為20分鐘。
[0042]然后關(guān)閉進(jìn)氣閥，將壓力抽至1Pa以下。重新通入流量為380毫升/分鐘的氫氣和3.5升/分鐘的氬氣5分鐘。在該氣氛下將石英管繼續(xù)升溫至1050°C，保溫30分鐘，再關(guān)閉進(jìn)氣閥，并抽走氫氣和氬氣至壓力1Pa以下。
[0043]維持石英管內(nèi)的溫度，通入氫氣與甲烷進(jìn)行沉積?？刂萍淄榈牧髁繛?0毫升/分鐘，氫氣的流量為380毫升/分鐘，沉積時間為10分鐘。沉積結(jié)束后，關(guān)閉進(jìn)氣閥，抽走石英管內(nèi)的所有氣體，通入流量為450暈升/分鐘的氫氣和4升/分鐘的IS氣20分鐘,關(guān)閉電爐，降溫冷卻。
[0044]在帶有銅箔的石墨烯薄膜的石墨烯表面上施加厚度為500nm聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層(購自常州康晟化工有限公司)，待PMMA層自然晾干定型后，將涂有PMMA的石墨烯/銅箔置于濃度為0.5mol/L的三氯化鐵水溶液中除去銅箔，完全除去銅后，用去離子水水洗多次，得到PMMA/石墨烯薄膜，然后將PMMA/石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至188 μ mPET薄膜(購自常州康晟化工有限公司)上，空氣中自然風(fēng)干后，用丙酮多次清洗去除PMMA，得到如圖1的結(jié)構(gòu)，為單層石墨烯。
[0045]對比實施例
[0046]重復(fù)上述實驗，未采用氧氣和氬氣處理的步驟(即省略步驟2)，得到的石墨烯如圖2的結(jié)構(gòu)。
[0047]圖1為本發(fā)明石墨烯的掃描電鏡照片，從照片可看出使用本發(fā)明方法制備，銅箔表面生長的石墨烯的形貌很均勻，無明顯色差，黑點數(shù)量較少。圖2為對比實施例未采用氧氣處理制備的石墨烯的掃描電鏡照片，銅箔表面生長的石墨烯的形貌不是很均勻，顏色較深的團(tuán)狀區(qū)生長的較厚，其他顏色區(qū)生長的較薄。通過肉眼觀察，采用本發(fā)明方法制備的石墨烯的表面黑點數(shù)量與對比實施例石墨烯的相比減少了 10-20%。
[0048]隨后，利用UV-2550紫外可見光光度計測試石墨烯在400_1000nm波長范圍的透光率，以550nm的波段對應(yīng)的透光率作為石墨烯的透光率；利用Loresta-EP型探針電阻測試儀對石墨烯進(jìn)行方阻測試。得出以下結(jié)論:采用本發(fā)明制備的石墨烯的透光率為86.02%(如圖3)，方阻為380 Ω / 口 ；而未采用氧氣處理的石墨烯的透光率為84.58%(如圖4)，方阻為 425 Ω / □。
【主權(quán)項】
1.一種制備石墨烯的方法，包括如下步驟: 1)將金屬襯底置入反應(yīng)腔中，在非氧化性氣氛下升溫至600-1000V，并抽走反應(yīng)腔內(nèi)所有氣體； 2)向反應(yīng)腔中通入氧氣與惰性氣體的混合氣，并同時抽走產(chǎn)生的廢氣； 3)重新通入氫氣與惰性氣體的混合氣，在該氣氛下繼續(xù)升溫至沉積溫度，再抽走反應(yīng)腔中所有氣體； 4)通入氫氣和碳源，得到石墨烯。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在第2)步驟中，所述氧氣流量為0.4-4立方厘米/分鐘/升反應(yīng)腔體積，所述惰性氣體的流量0.04-0.1升/分鐘/升反應(yīng)腔體積，通入時間為2-30分鐘。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟I)中，所述非氧化性氣氛為氬氣或氮氣或其混合氣；在步驟3)中，所述惰性氣體為氬氣。
4.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟I)中，向反應(yīng)腔內(nèi)通入非氧化性氣體，并在非氧化性氣氛下進(jìn)行升溫操作，當(dāng)溫度達(dá)到750-850°C時，停止通入氣體，打開真空泵，將壓力抽到1Pa以下。
5.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟I)中，所述金屬襯底為金箔、銀箔、銅箔、鐵箔、鈷箔、鎳箔或鉬箔。
6.權(quán)利要求3的方法，其中在步驟3)中，氫氣的流量為4-10立方厘米/分鐘/升反應(yīng)腔體積，氬氣的流量為0.04-0.1升/分鐘/升反應(yīng)腔體積，通入時間為2-20分鐘。
7.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟3)中，在氫氣與惰性氣體的混合氣氛下升溫至沉積溫度為950-1100°C，并保溫20-40分鐘。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述碳源選自甲烷、乙炔、乙烯、甲醇或乙醇中的至少一種。
9.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟4)中，所述氫氣的流量為4-12立方厘米/分鐘/升反應(yīng)腔體積，所述碳源的流量為0.2-1.2立方厘米/分鐘/升反應(yīng)腔體積，沉積時間為2-20分鐘。
10.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟4)中，在沉積結(jié)束后的降溫過程中通入氫氣和氬氣，氫氣的流量為4-12立方厘米/分鐘/升反應(yīng)腔體積，氬氣的流量為0.04-0.1升/分鐘/升反應(yīng)腔體積。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備石墨烯的方法，包括如下步驟：1）將金屬襯底置入反應(yīng)腔中，在非氧化性氣氛下升溫至600-1000℃，并抽走反應(yīng)腔內(nèi)所有氣體；2）向反應(yīng)腔中通入氧氣與惰性氣體的混合氣，并同時抽走產(chǎn)生的廢氣；3）重新通入氫氣與惰性氣體的混合氣，在該氣氛下繼續(xù)升溫至沉積溫度，再抽走反應(yīng)腔內(nèi)所有氣體；4）通入氫氣和碳源，得到石墨烯。所述方法可以有效減少石墨烯的表面黑點數(shù)量，同時減小石墨烯方阻并提高其透光率。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104803373
【申請?zhí)枴緾N201410042971
【發(fā)明人】金虎, 劉志成, 張志華, 周振義, 彭鵬, 張文國
【申請人】常州二維碳素科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月28日