專利名稱：多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料的制備方法，主要用于減小石墨烯的界面電阻，提高石墨烯導(dǎo)電性能。
背景技術(shù)：
石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，它可看作是構(gòu)建其它維數(shù)碳質(zhì)材料(如零維富勒烯、一維納米碳管、三維石墨)的基本單元。石墨烯具有許多奇特而優(yōu)異的性能熱導(dǎo)率、載流子遷移率以及比表面積等均比較高，還具有分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、量子霍爾鐵磁性和激子帶隙等現(xiàn)象。這些優(yōu)異的性能和獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，使石墨烯成為近年來(lái)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。目前石墨烯的制備方法主要有化學(xué)剝離法和化學(xué)氣相沉積法等。例如中國(guó)專利CN200910187298中報(bào)道了一種石墨烯的制備技術(shù)，具體為一種大尺寸石墨烯的制備方法，適用于大尺寸石墨烯的宏量制備。該方法包括(1)采用大尺寸石墨為原料，利用改性Hummers方法對(duì)石墨原料進(jìn)行弱氧化；(2)采用弱超聲或振蕩方法將分散在水中的氧化石墨進(jìn)行溫和剝離，獲得氧化石墨烯；(3)采用多次離心方法，通過(guò)控制離心轉(zhuǎn)速和離心時(shí)間將氧化石墨烯分離，得到均勻的大尺寸氧化石墨烯；(4)將氧化石墨烯沉積在基體上，利用肼或水合肼還原，得到高質(zhì)量、大尺寸石墨烯。專利CN201010218410公開了一種合成石墨烯薄膜材料的方法，該方法通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法，采用氫氣加甲烷的混合氣氛，在銅基底上生長(zhǎng)石墨烯薄膜；然后將生長(zhǎng)了石墨烯薄膜的銅基底平放在表面被氧化了硅基底上，放入硝酸鐵溶液中，將銅基底溶掉，此時(shí)石墨烯薄膜將沉在硅基底上；接下來(lái)將溶液稀釋，再將沉有石墨烯的硅基底從溶液中取出用真空干燥箱烘干；再將沉有石墨烯的硅基底超聲清洗后，放入通氬氣保護(hù)的退貨爐中退火即可制的高質(zhì)量的石墨烯樣品。本發(fā)明簡(jiǎn)化了原來(lái)制備石墨烯薄膜所需要的復(fù)雜的步驟，避免了化學(xué)方法所需要的劇毒試劑，提高了石墨烯薄膜的生產(chǎn)效率，制備的石墨烯薄膜經(jīng)拉曼光譜儀測(cè)量證明性能良好，具有很好的可重復(fù)性。目前石墨烯的制備方法仍存在著一些問(wèn)題。例如化學(xué)剝離法制備的石墨烯質(zhì)量較差，石墨烯內(nèi)部較多的缺陷，阻礙電子的快速傳輸。雖然通過(guò)化學(xué)氣相沉積制備的石墨烯具有較高的質(zhì)量，但是化學(xué)氣相沉積一般采用銅或鎳的金屬薄膜作為襯底，得到的多為二維片狀石墨烯，石墨烯片之間的界面電阻不利于電子的快速傳輸。與二維結(jié)構(gòu)石墨烯相比，具有三維連續(xù)孔道結(jié)構(gòu)的石墨烯內(nèi)部晶界較少，可以作為電子快速導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。為了進(jìn)一步提高石墨烯的電導(dǎo)率，促進(jìn)石墨烯的實(shí)用化，有必要制備多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。
發(fā)明內(nèi)容
為了減小石墨烯材料的界面電阻，提高石墨烯的導(dǎo)電率，本發(fā)明提出一種多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法，以多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法宏量制備多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯。
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本發(fā)明提供一種多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法，包括以多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料作為模板通過(guò)化學(xué)氣相沉積法使碳源在所述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)內(nèi)生長(zhǎng)石墨烯形成氧化鎂/硅/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的工序A ;通過(guò)刻蝕去除復(fù)合結(jié)構(gòu)中的模板材料的工序B，從而獲得所述多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料。較佳地，本發(fā)明的方法還包括在所述工序A之前將混合均勻的金屬鎂粉和二氧化娃粉末的混合物作為原料、用氫氣和IS氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出(其中氫氣和氬氣的比例為5 95)，于600°C -700°c熱處理4-8h，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料的工序Al。金屬鎂粉和二氧化硅粉末的摩爾比為2 I。工序Al中，以金屬鎂粉和二氧化硅粉末為原料、按照選定的比例使之混合均勻。 例如可以將混合原料球磨適當(dāng)時(shí)間使混合均勻。優(yōu)選地，上述工序A可以包括以下各工序，⑴將作為模板的多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出(其中氫氣和氬氣的比例為5 95)，加熱至反應(yīng)溫度800-1100°C，恒溫0-60min的工序Al ;(2)導(dǎo)入碳源使之與多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料進(jìn)行反應(yīng)的工序A2，其中氣體流量為 5-50SCCM,反應(yīng)時(shí)間5-30min ;以及，(3)冷卻獲得氧化鎂/硅/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的工序A3。 工序A2中導(dǎo)入的碳源，優(yōu)選為乙炔、乙烯或甲烷氣。工序A3中的冷卻過(guò)程，優(yōu)選地控制降溫速率為 10-300°C /min。上述本發(fā)明的方法制得的多孔結(jié)構(gòu)石墨烯的方塊電阻可達(dá)2. 3 15. 6 Ω · sq\ 優(yōu)選地可以達(dá)到2. 3Ω · sq—1。工序B是通過(guò)將工序A制得的氧化鎂/硅/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)放入刻蝕液中以除去模板?？涛g液優(yōu)選地選用鹽酸、氫氟酸或氫氧化鈉溶液。本發(fā)明提供的多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法，主要用于減少石墨烯界面電阻， 提高其導(dǎo)電性能。本發(fā)明所用模板采用多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，可利用化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行宏量制備。該多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程易控制，材料導(dǎo)電性能優(yōu)異。
圖I為多孔結(jié)構(gòu)氧化鎂/硅復(fù)合材料的掃描電鏡照片；
圖2為多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式參照說(shuō)明書附圖，并結(jié)合下述實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，應(yīng)理解，說(shuō)明書附圖及下述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。本發(fā)明涉及一種制備多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法，主要用于減少石墨烯界面電阻，提高其導(dǎo)電性能。其技術(shù)特征在于采用多孔結(jié)構(gòu)材料為模板，通過(guò)化學(xué)氣相沉積，得到高導(dǎo)電性多孔結(jié)構(gòu)石墨烯。本發(fā)明所用模板采用多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，利用化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行宏量制備。該多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程易控制， 材料導(dǎo)電性能優(yōu)異。
作為示例，下面具體地說(shuō)明本發(fā)明多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法。本發(fā)明的多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備過(guò)程可以包括以下步驟，
(1)多孔結(jié)構(gòu)模板的制備以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅 2 I的摩爾比，將原料通過(guò)例如球磨的方式使均勻混合，例如球磨15個(gè)小時(shí)，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出(其中氫氣和氬氣的比例為5 95)，于 600°C 700°C的熱處理4-8h，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料；
(2)多孔結(jié)構(gòu)石墨烯的制備以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入反應(yīng)容器內(nèi)，例如石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，密封，檢查氣密性，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出(其中氫氣和氬氣的比例為5 95)，然后對(duì)石英舟進(jìn)行加熱，采用控溫儀達(dá)到預(yù)定反應(yīng)溫度800-1100°C，恒溫0-60min后，導(dǎo)入乙炔或乙烯或甲烷氣，氣體流量為5-50SCCM，反應(yīng)時(shí)間5-30min，反應(yīng)完畢，控制降溫速率為10_300°C / min,冷卻至室溫；
(3)石墨烯刻蝕將步驟(2)制備的多孔結(jié)構(gòu)石墨烯及模板先后放入適宜濃度的鹽酸、 氫氟酸或氫氧化鈉溶液的刻蝕液中，以除去模板襯底，然后過(guò)濾，并用去離子水洗滌至中性后烘干。應(yīng)理解以上步驟中的某個(gè)也可以省略或使用能夠達(dá)到同等效果的其他替代步驟， 且每個(gè)步驟中的每個(gè)特征也不是必須或固定地而不可替換，而只是示例地說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，為通過(guò)本發(fā)明的方法制得的多孔結(jié)構(gòu)氧化鎂/硅復(fù)合材料、即上述(I) 中述及的多孔結(jié)構(gòu)氧化鎂/硅復(fù)合材料的掃描電鏡照片。利用該材料可以制得本發(fā)明的多孔結(jié)構(gòu)石墨。圖2，示出了通過(guò)本發(fā)明的方法制得的多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料的掃描電鏡照片。下面進(jìn)一步列舉實(shí)施例以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的示例制備工藝。應(yīng)理解，下述實(shí)施例是為了更好地說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實(shí)施例I
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于600°C熱處理 8h，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至900°C，恒溫30min 后，通入20SCCM乙炔，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通過(guò)乙炔，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖2所示，表明石墨烯為多孔結(jié)構(gòu)，其方塊電阻為2. 3Ω · Scf1。實(shí)施例2
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于700°C熱處理 4h，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入40SCCM乙炔，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙炔，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml 2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為5. 3Ω實(shí)施例3
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出后，于650°C熱處理 6小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入5SCCM乙炔，反應(yīng)時(shí)間lOmin，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙炔，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入IOOml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為4.2 Ω · scf1。實(shí)施例4
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于700°C熱處理4 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至1100°C，恒溫30min 后，通入40SCCM乙炔，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙炔，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入IOOml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為3.9 Ω · scf1。實(shí)施例5
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于600°C熱處理4 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入20SCCM甲烷，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入甲烷，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入IOOml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為6. 7Ω實(shí)施例6
(I)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于650°C熱處理6 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入20SCCM甲烷，反應(yīng)時(shí)間40min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入甲烷，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為8.1 Ω · scf1。實(shí)施例7
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于700°C熱處理8 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入5SCCM甲烷，反應(yīng)時(shí)間60min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入甲烷，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為10. 2 Ω · scf1。實(shí)施例8
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于600°C熱處理8 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入20SCCM甲烷，反應(yīng)時(shí)間40min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入甲烷，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為15. 6Ω實(shí)施例9
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于700°C熱處理4 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至1100°C，恒溫30min 后，通入20SCCM甲烷，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入甲烷，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為14. 2 Ω · scf1。實(shí)施例10
(I)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于700°C熱處理4小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入20SCCM甲烷，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入甲烷，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為11. 2Ω · scf1。實(shí)施例11
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于600°C熱處理4 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入40SCCM乙烯，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙烯，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為11. 7Ω實(shí)施例12
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于650°C熱處理6 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入20SCCM乙烯，反應(yīng)時(shí)間40min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙烯，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為9.8 Ω · scf1。實(shí)施例13
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于700°C熱處理8 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入5SCCM乙烯，反應(yīng)時(shí)間60min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙烯，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為6. 1Ω · scf1。實(shí)施例14
(I)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混
8合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于600°C熱處理8 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入20SCCM乙烯，反應(yīng)時(shí)間40min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙烯，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為9. 5Ω實(shí)施例15
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于700°C熱處理4 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至1100°C，恒溫30min 后，通入20SCCM乙烯，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙烯，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為8. 4Ω · scf1。實(shí)施例16
(1)以金屬鎂粉與二氧化硅粉末為原料、按照鎂與二氧化硅2 I的摩爾比，將原料混合球磨15h后，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于700°C熱處理4 小時(shí)，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，產(chǎn)物掃描電鏡照片如圖I所示；
(2)以上述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料為模板，將其裝入石英舟中，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)爐中心區(qū)域，通入20SCCM氫氣和200SCCM氬氣，60min后開始加熱至800°C，恒溫30min 后，通入20SCCM乙烯，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)結(jié)束后停止通入乙烯，關(guān)閉電爐，自然冷卻到室溫；
(3)將步驟(2)制備產(chǎn)物先放入100ml2M鹽酸，去除氧化鎂后過(guò)濾洗滌，然后放入5M 氫氧化鈉溶液中除去硅，用去離子水洗滌干凈。測(cè)得方塊電阻為8.8 Ω · scf1。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明所用模板采用多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，利用化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行宏量制備。該多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程易控制，材料導(dǎo)電性能優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法，其特征在于，包括以多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料作為模板通過(guò)化學(xué)氣相沉積法使碳源在所述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)內(nèi)生長(zhǎng)石墨烯形成氧化鎂/硅/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的工序A ;通過(guò)刻蝕去除復(fù)合結(jié)構(gòu)中的模板材料的工序B,從而獲得所述多孔結(jié)構(gòu)石墨稀材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，還包括在所述工序A之前將混合均勻的金屬鎂粉和二氧化娃粉末的混合物作為原料、用氫氣和IS氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，于600°c-700°c熱處理4-8h，得到多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料的工序 Al。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述金屬鎂粉和二氧化硅粉末的摩爾比為2:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，通過(guò)球磨的方式使所述原料混合均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述工序A包括將作為模板的多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室，用氫氣和氬氣的混合氣體將反應(yīng)爐腔內(nèi)的空氣完全趕出，加熱至反應(yīng)溫度800-1100°C，恒溫0-60min的工序Al ;導(dǎo)入碳源使之與多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料進(jìn)行反應(yīng)的工序A2，其中氣體流量為5-50SCCM，反應(yīng)時(shí)間5_30min ；以及，冷卻獲得氧化鎂/硅/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的工序A3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述碳源為乙炔、乙烯或甲烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，在所述工序A3中的冷卻過(guò)程控制降溫速率為 10-300°C /min。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述工序B是通過(guò)將工序A制得的氧化鎂/硅/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)先后放入鹽酸、氫氟酸或氫氧化鈉溶液的刻蝕液中以除去模板。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供一種多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料的制備方法。解決的手段是，包括以多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料作為模板通過(guò)化學(xué)氣相沉積法使碳源在所述多孔氧化鎂/硅復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)內(nèi)生長(zhǎng)石墨烯形成氧化鎂/硅/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的工序A；通過(guò)刻蝕去除復(fù)合結(jié)構(gòu)中的模板材料的工序B，從而獲得所述多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料。本發(fā)明所用模板采用多孔結(jié)構(gòu)的氧化鎂/硅復(fù)合材料，可利用化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行宏量制備。該多孔結(jié)構(gòu)石墨烯材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程易控制，材料導(dǎo)電性能優(yōu)異。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102583337SQ20121001922
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者唐宇峰, 黃富強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所