專利名稱：一種石墨烯的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯的制備方法，屬于納米材料技術領域。
背景技術：
石墨烯是由單層碳原子以Sp2雜化軌道結合而成的二維蜂窩狀晶體結構，是構建其他碳同素異形體(石墨，木炭，碳納米管和富勒烯)的基本單元。石墨烯獨特的晶體結構使它具有優(yōu)異的電學、熱學和力學性能，如①高導電性、載流子傳輸率(200，OOOcmVV -s)； ②高強度，楊氏模量(1，IOOGPa)，斷裂強度(125GPa);③高熱導率(5，000W/mK) 高的比表面積(理論計算值2，630m2/g)。石墨烯成為目前最理想的二維納米材料。
為了綜合利用石墨烯的眾多優(yōu)異特性，高質(zhì)量石墨烯的制備變得至關重要。自 2004年英國曼徹斯特大學的Geim研究組采用膠帶剝離法首次成功分離獲得穩(wěn)定存在的石墨烯后，各種制備石墨烯的方法陸續(xù)被發(fā)展起來，除了提到的機械剝離石墨法以外，還有外延生長法，石墨氧化分散還原法以及化學氣相沉積方法等。
在以上常見的石墨烯制備方法中，化學氣相沉積法是指在過渡金屬的催化作用下，利用高溫分解碳氫氣體，在過渡金屬表面形成石墨烯片層。該方法是目前制備大面積高質(zhì)量石墨烯的主要方法之一。
然而，石墨烯和其金屬基底之間的電子軌道耦合嚴重的影響和抑制了石墨烯的本征電子結構，阻礙了對石墨烯本征電子性質(zhì)的研究和基于石墨烯的電子學應用。
因此，尋找一種弱化和屏蔽石墨烯-金屬基底相互作用的方法顯得尤為重要。發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯的制備方法，能夠弱化和屏蔽石墨烯-金屬基底相互作用。
本發(fā)明提供了一種石墨烯的制備方法，其步驟包括
I)在真空環(huán)境下，在過渡金屬基底上制得石墨烯；
2)將適量金屬鉿蒸發(fā)沉積到石墨烯上；
3)對整個樣品進行退火處理，以將覆蓋在石墨烯表面的鉿插入石墨烯和過渡金屬基底之間，形成鉿插層。
上述插層所用的石墨烯是通過高溫熱分解含碳氣體的方法生長在過渡金屬基底上的。
上述用于外延生長石墨烯的過渡金屬基底為銥的(111)面。
上述的鉿是通過電子束蒸發(fā)的方法沉積在石墨烯上的。
上述進行鉿插層的退火溫度為300°C ^450°C，優(yōu)選為400°C。
上述插入到石墨烯和銥基底之間的鉿薄膜形成了一種周期為5. 4nm的超結構，該周期性超結構可以被掃描隧道顯微鏡和低能電子衍射所表征。
上述的金屬鉿也可以替換為銀或釔。
本發(fā)明通過插入鉿插層，石墨烯顯示了準自由態(tài)石墨烯的典型的拉曼譜線，G峰和 2D峰，因此能夠屏蔽石墨烯和金屬基底的相互作用，恢復石墨烯的本征電子性質(zhì)。


以下，結合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方案，其中
圖I示出了本發(fā)明實施例顯微鏡圖像；
圖2示出了本發(fā)明實施例石墨烯的衍射斑點；
圖3示出了本發(fā)明實施例
圖4示出了本發(fā)明實施例插層形成的超結構；
圖5示出了本發(fā)明實施例衍射圖案；
圖6示出了本發(fā)明實施例
圖7示出了本發(fā)明實施例I中在銥的(111)面上制備的高質(zhì)量石墨烯的掃描隧道I中制得的石墨烯的低能電子衍射圖案，包括基底銥和I中在石墨烯表面沉積的高覆蓋度的鉿顆粒；I中樣品400 C退火以后在石墨稀和依基底界面處的給I中樣品退火以后鉿插層形成的超結構對應的低能電子I中鉿插層石墨烯和未插層石墨烯的拉曼光譜；2中鉿在石墨烯表面沉積的低覆蓋度的鉿顆粒；
圖8示出了本發(fā)明實施例2中樣品退火以后鉿插層形成的超結構對應的低能電子衍射圖案；
圖9示出了本發(fā)明的整體制備過程效果示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖及實施例對鉿插層石墨烯的制備方法作進一步的詳細說明。此實施例僅僅是用于更詳細具體地說明之用，而不應理解為用于以任何形式限制本發(fā)明。
實施例I
本實施例采用在過渡金屬表面的化學氣相沉積的方法制備高質(zhì)量石墨烯并通過電子束加熱退火方式進行鉿插層。具體步驟為首先在真空腔內(nèi)對銥單晶進行幾次或者十幾次氬離子濺射，然后通過高溫退火得到干凈平整的(111)晶面。將銥基底加熱并保持在 850°C，向真空腔內(nèi)通入lxl(T6mbar x80s的乙烯氣體，之后將銥升溫至1000°C并保持20s， 從而制備出石墨烯。如圖I和圖2所示，銥的(111)面上制備的石墨烯具有典型的周期為 2. 5nm的摩爾圖案。本發(fā)明的整體制備過程效果示意圖如圖9所示。
之后通過電子束蒸發(fā)源將金屬鉿均勻沉積在制備好的石墨烯表面，如圖3所示， 鉿顆粒選擇性地沉積在石墨烯表面的某些特殊的對稱位置，形成了規(guī)則分布。
將沉積有鉿顆粒的石墨烯在400°C下退火，如圖4所示，原來沉積在石墨烯表面的鉿顆粒消失了，而在石墨烯下面形成了一種周期為5. 4nm的超結構，該結構源于鉿插層。圖 5的低能電子衍射圖案可以表明該超結構的存在。
將最終制備的石墨烯/鉿/銥異質(zhì)結構進行拉曼光譜實驗，如圖6所示，對比未插層石墨烯的拉曼光譜，插入鉿插層的石墨烯顯示了準自由態(tài)石墨烯的典型的拉曼譜線，G 峰和2D峰，進一步證明了通過此方法制備的鉿插層成功地屏蔽了石墨烯和金屬基底的相互作用，恢復了石墨烯的本征電子性質(zhì)。
實施例2
具體步驟為首先如實施例I中所述得到干凈平整的銥的(111)面，然后在室溫下通入5xl0_6mbar的甲烷氣體100s，然后將樣品退火至1100°C，退火時間為20s，至此成功制得石墨烯。之后通過直流加熱鉿棒的方式將金屬鉿均勻沉積在制備好的石墨烯表面，如圖 7所示，沉積有低覆蓋度鉿的石墨烯表面。然后將沉積有鉿顆粒的石墨烯樣品在300°C退火以后，樣品的低能電子衍射圖像如圖8所示，樣品表面也出現(xiàn)了同樣的(2x2)超結構，該超結構也正是鉿插入石墨烯和金屬基底界面形成的。
上面雖然對本發(fā)明進行詳細的描述，然而也可以在不脫離本發(fā)明主要思想的條件下，進行各個條件的適當變化?？梢岳斫鉃?，本發(fā)明不限于上述實施方案，而歸于權利要求的范圍，其包括所述每個因素的等同替換。例如，本發(fā)明中用于生長石墨烯的基底為過渡金屬銥，它可以替換為釕，銅，鉬等；本發(fā)明中的插層金屬也可以替換為除鉿以外的其他金屬， 如銀，釔等，也能夠取得與上述實施例相當?shù)男Ч?br> 權利要求
1.一種石墨烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 1)在真空環(huán)境下，在過渡金屬基底上制得石墨烯； 2)將適量金屬鉿蒸發(fā)沉積到石墨烯上； 3)對整個樣品進行退火處理，以將覆蓋在石墨烯表面的鉿插入石墨烯和過渡金屬基底之間，形成鉿插層。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，插層所用的石墨烯是通過高溫熱分解含碳氣體的方法生長在過渡金屬基底上的。
3.如權利要求I所述的方法，其特征在于，用于外延生長石墨烯的過渡金屬基底為銥的(111)面。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，金屬鉿是通過電子束蒸發(fā)的方法沉積在石墨烯上的。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，進行鉿插層的退火溫度為300°C 450°C。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，退火溫度為400°C。
7.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述鉿插層為周期為5.4nm的超結構，該周期性超結構可以被掃描隧道顯微鏡和低能電子衍射所表征。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬鉿也可以是銀或釔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在石墨烯的制備方法，其步驟包括1)在真空環(huán)境下，在過渡金屬基底上制得石墨烯；2)將適量金屬鉿蒸發(fā)沉積到石墨烯上；3)對整個樣品進行退火處理，以將覆蓋在石墨烯表面的鉿插入石墨烯和過渡金屬基底之間，形成鉿插層。本發(fā)明通過插入鉿插層，石墨烯顯示了準自由態(tài)石墨烯的典型的拉曼譜線，G峰和2D峰，因此能夠屏蔽石墨烯和金屬基底的相互作用，恢復石墨烯的本征電子性質(zhì)。
文檔編號B82Y40/00GK102976313SQ20121042465
公開日2013年3月20日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者王業(yè)亮, 李林飛, 高鴻鈞 申請人:中國科學院物理研究所