一種制備無褶皺的石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低維材料和新材料領(lǐng)域，涉及一種制備無裙皺的石墨稀的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從2004年英國曼徹斯特大學(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，即石墨的單原子層，是碳原子按蜂窩狀排列的二維結(jié)構(gòu)。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，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]目前發(fā)展的常規(guī)的石墨烯制備方法有:微機(jī)械剝離、熱解碳化硅(SiC)、在過渡金屬及重金屬上的化學(xué)氣相沉積(CVD)以及化學(xué)插層氧化法。微機(jī)械剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨稀，但是目前此方法制備的石墨稀面積小于1_X 1_，只能用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究；SiC升華法制備的石墨烯受襯底的影響很大，層數(shù)不均一，無法進(jìn)行襯底轉(zhuǎn)移；CVD方法是宏量制備較高質(zhì)量石墨烯的最可靠的方法，并且易于襯底轉(zhuǎn)移。
[0004]石墨烯是“最軟”的一種“金屬薄膜”，表面很容易起皺，如同鋪在桌面上的綢緞。石墨烯表面的褶皺是影響石墨烯質(zhì)量的因素之一，這些“褶皺”會改變石墨烯的本征力學(xué)、電學(xué)等性能。因此，減小石墨烯表面褶皺的密度甚至完全避免褶皺的出現(xiàn)，對于提高石墨烯的質(zhì)量具有重要的意義。
[0005]因此，如何提供一種制備無褶皺的石墨烯的方法，以提高石墨烯的質(zhì)量，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制備無褶皺的石墨烯的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中制備的石墨烯表面具有褶皺，使得石墨烯質(zhì)量降低的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種制備無褶皺的石墨烯的方法，包括以下步驟:
[0008]提供一催化基底，在所述催化基底表面預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行離子注入以破壞注入?yún)^(qū)域的催化性能，并使得所述催化基底表面形成若干分立的未注入單元；
[0009]將所述催化基底放入生長腔室并加熱至預(yù)設(shè)溫度，并往所述生長腔室內(nèi)通入碳源，在所述催化基底表面生長出若干分立的沒有褶皺的石墨烯單元。
[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II1-V族材料上外延鍺。
[0012]可選地，所述離子注入采用Si離子。
[0013]可選地，所述離子注入的注入深度小于I微米。
[0014]可選地，所述未注入單元的邊緣由曲線或多段直線圍成，或者由至少一段曲線與至少一段直線共同圍成。
[0015]可選地，所述未注入單元的面積小于10000 μ m2。
[0016]可選地，相鄰兩個(gè)未注入單元之間的距離大于10nm。
[0017]可選地，所述石墨烯單元為單層石墨烯。
[0018]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出所述石墨稀單元。
[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，所述石墨烯單元的生長溫度范圍是800?920°C，生長時(shí)間范圍是I?1000分鐘。
[0021]如上所述，本發(fā)明的制備無褶皺的石墨烯的方法，具有以下有益效果:本發(fā)明通過在所述催化基底表面預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行離子注入，使得所述催化基底表面形成若干分立的未注入單元；其中，由于離子注入?yún)^(qū)域的部分催化原子被注入離子取代，催化效率降低或者消失，在后續(xù)生長石墨烯的過程中，離子注入?yún)^(qū)域不再能生長出石墨烯，從而在催化基底表面得到若干分立的石墨烯單元。由于這些石墨烯單元的面積相對較小，不易產(chǎn)生褶皺，從而可以得到高質(zhì)量的沒有褶皺或褶皺密度很低的石墨烯單元。本發(fā)明還可以通過控制離子注入的區(qū)域，得到具有特定形狀的石墨烯單元，從而適應(yīng)多樣的器件應(yīng)用需求。
【附圖說明】
[0022]圖1顯示為本發(fā)明的制備無褶皺的石墨烯的方法的工藝流程圖。
[0023]圖2顯示為本發(fā)明的制備無褶皺的石墨烯的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)明的制備無褶皺的石墨烯的方法進(jìn)行離子注入的示意圖。
[0025]圖4顯示為本發(fā)明的制備無褶皺的石墨烯的方法進(jìn)行離子注入后得到的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0026]圖5顯示為本發(fā)明的制備無褶皺的石墨烯的方法在另一實(shí)施例中進(jìn)行離子注入后得到的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0027]圖6顯示為本發(fā)明的制備無褶皺的石墨烯的方法在離子注入后的催化基底表面生長得到若干沒有褶皺的石墨烯單元的示意圖。
[0028]圖7顯示為圖6所示結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0029]元件標(biāo)號說明
[0030]SI ?S2 步驟
[0031]I催化基底
[0032]2注入?yún)^(qū)域
[0033]3未注入單元
[0034]4石墨烯單元
【具體實(shí)施方式】
[0035]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。
[0036]請參閱圖1至圖7。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。
[0037]本發(fā)明提供一種制備無褶皺的石墨烯的方法，請參閱圖1，顯示為該方法的工藝流程圖，包括以下步驟:
[0038]S1:提供一催化基底，在所述催化基底表面預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行離子注入以破壞注入?yún)^(qū)域的催化性能，并使得所述催化基底表面形成若干分立的未注入單元；
[0039]S2:將所述催化基底放入生長腔室，將所述催化基底加熱至預(yù)設(shè)溫度，并往所述生長腔室內(nèi)通入碳源，在所述催化基底表面生長出若干分立的沒有褶皺的石墨烯單元。
[0040]首先請參閱圖2至圖4，執(zhí)行步驟S1:提供一催化基底1，在所述催化基底I表面預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行離子注入以破壞注入?yún)^(qū)域2的催化性能，并使得所述催化基底I表面形成若干分立的未注入單元3。其中，圖2顯示為所述催化基底I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3顯示為進(jìn)行離子注入的示意圖。圖4顯示為進(jìn)行離子注入后得到的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0041]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