一種褶皺狀石墨烯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，涉及一種褶皺狀石墨烯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家使用微機(jī)械剝離的方法發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，石墨烯的出現(xiàn)激起了巨大的波瀾。石墨烯在物理、化學(xué)、力學(xué)等性能方面無與倫比的優(yōu)勢(shì)，使其在電子、信息、能源、材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域擁有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]化學(xué)氣相沉積法(CVD法)是一種適于制備大面積、高質(zhì)量、連續(xù)石墨烯薄膜的方法，然而由于石墨烯和金屬襯底的熱膨脹系數(shù)不同，因此在生長(zhǎng)完降溫的過程中石墨烯因?yàn)閼?yīng)力的釋放會(huì)形成褶皺。雖然這些“褶皺”會(huì)改變石墨烯的本征力學(xué)、電學(xué)等性能，但是，褶皺狀石墨烯在實(shí)際的應(yīng)用中，仍有些有意義的應(yīng)用。例如，布朗大學(xué)的研究者，利用在石墨烯薄片上引入微小褶皺的方法，研究出新型的具有特定結(jié)構(gòu)的表面，以用于在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)細(xì)胞，該結(jié)構(gòu)化表面更好地模擬了細(xì)胞在體內(nèi)的復(fù)雜生長(zhǎng)環(huán)境(Wrinkled，wavelength-tunable graphene-based surface topographies for directing cellalignment and morphology，Carbon，2016，97:14) ;Tao Chen 等以卷曲狀石墨稀作為電極制作成透明和可延展的高性能超級(jí)電容器，應(yīng)用在能源和柔性電子器件領(lǐng)域(Transparentand Stretchable High-Performance Supercapacitors Based on Wrinkled GrapheneElectrodes，Acs Nano，2014，8(I):1039)。
[0004]然而褶皺形成的高度、寬度和密度等往往都是隨機(jī)、不可控的。能否可控地制備出具有一定高度、寬度和分布密度的褶皺狀結(jié)構(gòu)的石墨烯，具有重要的意義。
[0005]因此，如何提供一種褶皺狀石墨烯的制備方法，以獲得表面褶皺形貌(高度、寬度)及密度可控的石墨烯，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)重要技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種褶皺狀石墨烯的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯褶皺形成的高度、寬度和密度等隨機(jī)、不可控的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種褶皺狀石墨烯的制備方法，包括:
[0008]提供一催化基底，將所述催化基底放入生長(zhǎng)腔室，往所述生長(zhǎng)腔室通入碳源，并將所述催化基底加熱至預(yù)設(shè)溫度，在所述催化基底表面生長(zhǎng)得到石墨烯；
[0009]在非氧化性保護(hù)氣氛下，調(diào)節(jié)降溫速率，使所述石墨烯表面出現(xiàn)預(yù)設(shè)高度、寬度及密度的褶皺。
[0010]可選地，所述催化基底的頂層材料為鍺。
[0011]可選地，所述催化基底為體鍺、絕緣體上鍺、體娃上外延鍺或者II1-V族材料上外延鍺。
[0012]可選地，所述預(yù)設(shè)溫度的范圍是800?920°C。
[0013]可選地，所述降溫速率的范圍是I?200°C /min。
[0014]可選地，將降溫速率調(diào)節(jié)至大于100°C /min，得到平均褶皺高度大于1.5nm的褶皺狀石墨烯。
[0015]可選地，將降溫速率調(diào)節(jié)至5?100°C /min，得到平均裙皺高度為0.8?1.5nm的褶皺狀石墨烯。
[0016]可選地，將降溫速率調(diào)節(jié)至小于5°C /min,得到平均褶皺高度小于0.Snm的褶皺狀石墨烯。
[0017]可選地，所述褶皺狀石墨烯為單層石墨烯。
[0018]可選地，所述非氧化性保護(hù)氣氛為氫氣與氬氣的混合氣。
[0019]可選地，所述碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、苯及PMMA中的至少一種。
[0020]可選地，通過熱化學(xué)氣相沉積法、低壓化學(xué)氣相沉積法或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述催化基底表面生長(zhǎng)出所述褶皺狀石墨烯。
[0021]如上所述，本發(fā)明的褶皺狀石墨烯的制備方法，具有以下有益效果:本發(fā)明以催化基底例如半導(dǎo)體材料鍺(體鍺、絕緣體上鍺、體硅上外延鍺、三五族上外延鍺等)為催化劑，通過氣態(tài)或固態(tài)碳源在催化基底表面制備石墨烯，在非氧化性氣氛保護(hù)下，調(diào)節(jié)降溫速率(2000C /min-rC /min)，可以方便高效的控制制備的石墨烯表面褶皺的形貌(高度、寬度)及密度，制得的褶皺狀石墨烯在傳感器、柔性電子器件、生物等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。
【附圖說明】
[0022]圖1顯示為本發(fā)明的褶皺狀石墨烯的制備方法的工藝流程圖。
[0023]圖2顯示為本發(fā)明的褶皺狀石墨烯的制備方法提供的催化基底的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3顯示為本發(fā)明的褶皺狀石墨烯的制備方法在所述催化基底表面生長(zhǎng)得到石墨稀的不意圖。
[0025]圖4顯示為本發(fā)明的褶皺狀石墨烯的制備方法調(diào)節(jié)降溫速率使所述石墨烯表面出現(xiàn)預(yù)設(shè)高度、寬度及密度的褶皺的示意圖。
[0026]圖5顯示為本發(fā)明的褶皺狀石墨烯的制備方法調(diào)節(jié)降溫速率至大于100°C /min得到的褶皺狀石墨烯的原子力顯微鏡圖。
[0027]圖6顯示為圖5所示褶皺狀石墨烯的形貌分布曲線。
[0028]圖7顯示為本發(fā)明的褶皺狀石墨烯的制備方法調(diào)節(jié)降溫速率至20°C /min得到的褶皺狀石墨烯的原子力顯微鏡圖。
[0029]圖8顯示為圖7所示褶皺狀石墨烯的形貌分布曲線。
[0030]圖9顯示為本發(fā)明的褶皺狀石墨烯的制備方法調(diào)節(jié)降溫速率至小于5°C/min得到的褶皺狀石墨烯的原子力顯微鏡圖。
[0031]圖10顯示為圖9所示褶皺狀石墨烯的形貌分布曲線。
[0032]元件標(biāo)號(hào)說明
[0033]SI ?S2步驟
[0034]I催化基底
[0035]2石墨烯
[0036]3褶皺
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0038]請(qǐng)參閱圖1至圖10。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0039]本發(fā)明提供一種褶皺狀石墨烯的制備方法，請(qǐng)參閱圖1，顯示為該方法的工藝流程圖，包括以下步驟:
[0040]S1:提供一催化基底，將所述催化基底放入生長(zhǎng)腔室，往所述生長(zhǎng)腔室通入碳源，并將所述催化基底加熱至預(yù)設(shè)溫度，在所述催化基底表面生長(zhǎng)得到石墨烯；
[0041]S2:在非氧化性保護(hù)氣氛下，調(diào)節(jié)降溫速率，使所述石墨烯表面出現(xiàn)預(yù)設(shè)高度、寬度及密度的褶皺。
[0042]首先請(qǐng)參閱圖2及圖3，執(zhí)行步驟S1:提供一催化基底1，將所述催化基底I放入生長(zhǎng)腔室，往所述生長(zhǎng)腔室通入碳源，并將所述催化基底I加熱至預(yù)設(shè)溫度，在所述催化基底I表面生長(zhǎng)得到石墨烯2。
[0043]具體的，所述催化基底I的催化成分包括但不限于鐵、銅、鎳、硅、鈷、鉛、錫、鍺、鎵或銀中的至少一種。本實(shí)施例中，所述催化基