一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯及其制備方法和用途
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯及其制備方法和用途，所述雙層石墨烯的兩個(gè)單層分別摻雜了不同的化學(xué)元素；所述制備方法包括：(1)金屬催化劑前處理及高溫退火(2)維持步驟(1)中的反應(yīng)溫度，通入氫氣至氣流穩(wěn)定后通入碳源氣體和氨氣，或者其他含碳和氮的氣體作為碳源和氮源，然后保持10～120min，得到氮摻雜的石墨烯；(3)得到氮摻雜的石墨烯后，通入碳源氣體和乙硼烷，或者含碳和硼的氣體作為碳源和硼源，然后保持10～120min，得到非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，然后將其轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上。本發(fā)明利用化學(xué)氣相沉積方法通過(guò)摻雜制備了一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，利用這種石墨烯制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以省去一個(gè)柵極，使得晶體管的結(jié)構(gòu)和加工工藝更為簡(jiǎn)單。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯及其制備方法和用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯及其制備方法和用途。

【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種由碳原子以Sp2雜化軌道組成二維六方型蜂巢晶格的平面薄膜材料。自2004年被英國(guó)曼徹斯特大學(xué)安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫發(fā)明后就引起了全球科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。他們也因此貢獻(xiàn)于2008年獲“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)”提名，并且最終于2010年獲得“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)”。石墨烯的發(fā)明不僅僅體現(xiàn)在理論上的重大突破，同時(shí)它還有著諸如:所有材料中最高的電子迀移率和最大承載電流密度、雙極型場(chǎng)效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)從N型到P型的連續(xù)調(diào)變、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、良好的透明導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等眾多的優(yōu)異性能。
[0003]石墨烯材料具有在電子器件領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的巨大潛力，但是其特殊的能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管不能有效關(guān)斷，開(kāi)關(guān)比非常小。現(xiàn)有的調(diào)節(jié)石墨烯的方法包括化學(xué)修飾、原子摻雜等方法，但是調(diào)節(jié)后的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能仍然沒(méi)有大幅提高。近年科學(xué)家利用雙層石墨烯制備了場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并進(jìn)行了深入的研宄。科學(xué)家通過(guò)利用場(chǎng)效應(yīng)晶體管的底柵和頂柵調(diào)控雙層石墨烯，從而調(diào)節(jié)其能帶結(jié)構(gòu)，達(dá)到了一定的效果。但是，這種晶體管因?yàn)槎嗔艘粋€(gè)柵極，制備起來(lái)較為困難。另外，本征的雙層石墨烯調(diào)控也較為困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述雙層石墨烯能帶調(diào)控困難以及用其制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管的過(guò)程中工藝復(fù)雜等問(wèn)題，本發(fā)明利用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法通過(guò)摻雜制備了一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯。利用這種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以省去一個(gè)柵極、結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。
[0005]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，所述雙層石墨烯的兩個(gè)單層分別摻雜了不同的化學(xué)元素。
[0007]所述化學(xué)元素為氮、硼、磷、氟、鋁、硅、硫、氯、砷、溴、鈉、鎂、鉀、鈣或其他金屬元素中任意兩種的組合，例如氮和硼的組合，硼和磷的組合，氟和鋁的組合，鋁和硅的組合，硫和氯的組合，氯和砷的組合，溴和鈉的組合，鈉和鎂的組合，鉀和鈣的組合等，優(yōu)選氮、硼或磷中任意兩種的組合，例如氮和硼的組合，硼和磷的組合，氮和磷的組合。
[0008]以上所述非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0009](I)金屬催化劑前處理:準(zhǔn)備生長(zhǎng)石墨烯的金屬催化劑，催化劑可以選擇純度較高(99.999% )或純度較低(99.8% )的金屬，純度較高的金屬催化劑易生長(zhǎng)出單層石墨烯，而純度較低的金屬催化劑中含有雜質(zhì)易生長(zhǎng)出雙層石墨烯，純度較低的金屬催化劑，如99.8%的銅箔，經(jīng)過(guò)電化學(xué)拋光和高溫處理后也可以生長(zhǎng)出單層的石墨烯。
[0010](2)將步驟(I)中金屬催化劑置于化學(xué)氣相沉積裝置中，通入氫氣并抽真空，然后加熱金屬催化劑，使金屬催化劑晶籌長(zhǎng)大。
[0011](3)維持步驟(2)中的反應(yīng)溫度，通入氫氣至氣流穩(wěn)定后通入碳源氣體和氨氣，或通入含碳和氮的氣體作為碳源和氮源，然后保持10?120min，得到氮摻雜的石墨烯，其中保持時(shí)間可為 10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、lOOmin、IlOmin 或 120min 等。
[0012](4)得到氮摻雜的石墨烯后，繼續(xù)通入氫氣至氣流穩(wěn)定后通入碳源氣體和乙硼烷，或含碳和硼的氣體作為碳源和硼源，然后保持10?120min，得到非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，然后將其轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上，其中保持時(shí)間可為10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、lOOmin、IlOmin 或 120min 等。
[0013]所述步驟(I)中所述金屬催化劑為銅箔、鎳箔或其他金屬催化劑中任意一種。
[0014]所述步驟(I)中金屬催化劑前處理包括對(duì)金屬催化劑進(jìn)行清洗。
[0015]所述步驟(I)中金屬催化劑前處理包括對(duì)金屬催化劑用去離子水、乙醇或丙酮中任意一種或至少兩種的組合進(jìn)行清洗，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:去離子水和乙醇的組合，乙醇和丙酮的組合，去離子水、乙醇和丙酮的組合等。
[0016]所述步驟(I)中金屬催化劑前處理包括對(duì)金屬催化劑表面如果有粗糙條紋可以用電化學(xué)等方法進(jìn)行拋光。
[0017]所述步驟(2)中氫氣的流量為2 ?300sccm，例如 2sccm、5sccm、10sccm、20sccm、30sccm、40seem、50seem、60seem、70seem、80seem、100seem、I20seem、I40seem、I60seem、180sccm、200sccm、220sccm、240sccm、260sccm、280sccm 或 300sccm 等。
[0018]所述步驟(2)過(guò)程中抽真空至至真空度< 20Pa，例如19Pa、17Pa、15Pa、13Pa、10Pa、7Pa、5Pa 或 3Pa 等。
[0019]所述步驟(2)中加熱金屬催化劑至550?1100°C，例如550°C、600°C、650°C、700 °C、750 °C、800 °C、850 °C、900 °C、950 °C、1000 °C、1050 °C 或 1100 °C 等。
[0020]所述步驟(2)中加熱金屬催化劑保持10?60min，例如lOmin、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min 或 60min 等。
[0021]所述步驟(3)中氫氣流量為100 ?lOOOsccm，例如 100sccm、200sccm、300sccm、400sccm、500sccm、600sccm、700sccm、800sccm、900sccm 或 100sccm 等。
[0022]所述步驟⑶中碳源氣體為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、甲炔、乙炔、乙烯、丙烯或乙醇中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:甲烷和乙烷的組合，乙烷和丙烷的組合，丁烷和甲炔的組合，乙炔和乙烯的組合，丙烯和乙醇的組合，甲烷、乙烷和丙烷的組合，丙烷、丁烷和甲炔的組合，乙炔、乙烯、丙烯和乙醇的組合，丙烷、丁烷、甲炔、乙炔、乙烯、丙烯和乙醇的組合等。
[0023]所述步驟(3)中碳源氣體的流量為0.01?50sccm，例如0.01sccm、0.lsccm、lsccm、5sccm、lOsccm、15sccm、20sccm、25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45sccm 或 50sccm等。
[0024]所述步驟(3)中氨氣的流量為0.01 ?50sccm，例如 0.01sccm、0.lsccm、lsccm、5sccm、lOsccm、15sccm、20sccm、25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45sccm 或 50sccm 等。
[0025]所述步驟⑶中含碳和氮的氣體為乙腈、吡啶、三乙胺、對(duì)硝基苯胺、偶氮二異丁腈、乙烯亞胺、吡咯烷或亞硝基酰胺中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:乙腈和吡啶的組合，吡啶和三乙胺的組合，對(duì)硝基苯胺和偶氮二異丁腈的組合，乙烯亞胺和吡咯烷的組合，吡咯烷和亞硝基酰胺的組合，乙腈、吡啶、三乙胺和對(duì)硝基苯胺的組合，對(duì)硝基苯胺、偶氮二異丁腈、乙烯亞胺和吡咯烷的組合等。
[0026]所述步驟(3)中含碳和氮的氣體的流量為0.01?50sccm，例如0.0lsccm、0.lsccm、lsccm、5sccm、lOsccm、15sccm、20sccm、25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45sccm 或50sccm 等。
[0027]所述步驟(4)中氫氣的流量為100 ?lOOOsccm，例如 100sccm、200sccm、300sccm、400sccm、500sccm、600sccm、700sccm、800sccm、900sccm 或 100sccm 等。
[0028]所述步驟⑷中碳源氣體為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、甲炔、乙炔、乙烯、丙烯或乙醇中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:甲烷和乙烷的組合，乙烷和丙烷的組合，丁烷和甲炔的組合，乙炔和乙烯的組合，丙烯和乙醇的組合，甲烷、乙烷和丙烷的組合，丙烷、丁烷和甲炔的組合，乙炔、乙烯、丙烯和乙醇的組合，丙烷、丁烷、甲炔、乙炔、乙烯、丙烯和乙醇的組合等。
[0029]所述步驟(4)中碳源氣體的流量為0.01?50sccm，例如0.01sccm、0.lsccm、lsccm、5sccm、lOsccm、15sccm、20sccm、25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45sccm 或 50sccm等。
[0030]所述步驟(4)中乙硼燒的流量為0.01?50sccm，例如0.01sccm、0.lsccm、lsccm、5sccm、lOsccm、15sccm、20sccm、25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45sccm 或 50sccm 等。
[0031]所述步驟(4)中含碳和硼的氣體為三烷基硼烷、三氟化硼或三乙基硼烷中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:三烷基硼烷和三氟化硼的組合，三氟化硼和三乙基硼烷的組合，三烷基硼烷、三氟化硼和三乙基硼烷的組合等。
[0032]所述步驟⑷中含硼和硼的氣體的流量為0.01?50sccm，例如0.0lsccm、0.lsccm、lsccm、5sccm、lOsccm、15sccm、20sccm、25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45sccm 或50sccm 等。
[0033]所述步驟(4)中可用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)將非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上。
[0034]一種以上所述制備方法制備得到的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯可在電子器件中得到應(yīng)用。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0036](I)利用本發(fā)明制備的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，可以只用一個(gè)柵極對(duì)其進(jìn)行控制，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省成本；
[0037](2)本發(fā)明利用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法直接生長(zhǎng)出非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，制備方法簡(jiǎn)單，易于操作；
[0038](3)本發(fā)明制備的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯可以有效調(diào)節(jié)石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，使得其更具有在電子器件領(lǐng)域應(yīng)用的潛力；
[0039](4)本發(fā)明制備的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯由于上下兩層間的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，具有極化效應(yīng)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]圖1是本發(fā)明非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖2是本發(fā)明中化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖3是本發(fā)明中化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室生長(zhǎng)第二層摻雜石墨烯時(shí)催化劑放置示意圖；
[0043]圖4是本發(fā)明非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯的光學(xué)圖像；
[0044]圖5是本發(fā)明制備得到的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]其中，1-摻雜氮的單層石墨烯；2_摻雜硼的單層石墨烯；3_石英管；4_樣品托；5-金屬催化劑。

【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖并通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0047]圖1是本發(fā)明非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1、2分別代表了不同摻雜成分的單層石墨烯；
[0048]實(shí)施例1:
[0049](I)利用從阿法埃莎(中國(guó))化學(xué)有限公司購(gòu)買(mǎi)的純度為99.8%的銅箔作為催化劑，首先對(duì)銅箔進(jìn)行了清洗，然后利用電化學(xué)拋光技術(shù)對(duì)銅箔進(jìn)行了拋光。
[0050](2)把銅箔放進(jìn)CVD設(shè)備中，通入7sccm氫氣，接著在30分鐘內(nèi)升溫至1000°C，并在1000°C下保溫10分鐘，利用真空泵使CVD腔室內(nèi)保持1Pa真空度，如圖2所示，金屬催化劑5置于樣品托4上，放于CVD設(shè)備中的石英管3內(nèi)。
[0051](3)通入氫氣190sccm，甲烷0.2sccm，氨氣0.2sccm。在1000°C條件下保持30分鐘，以生長(zhǎng)出氮摻雜的石墨烯。而同時(shí)由于銅催化劑純度為99.8%，在石墨烯成核的同時(shí)，會(huì)在生長(zhǎng)單層石墨烯的同時(shí)，生長(zhǎng)出雙層石墨烯。
[0052](4)在步驟(3)的基礎(chǔ)上，通入氫氣190sccm，甲燒0.2sccm，乙硼燒0.lsccm。在1000°C條件下保持30分鐘，以生長(zhǎng)出硼摻雜的石墨烯。這一步會(huì)在步驟(3)已形成的氮摻雜石墨烯的基礎(chǔ)上，繼續(xù)沿著銅箔平面生長(zhǎng)硼摻雜的石墨烯。此時(shí)，步驟(3)形成的雙層氮摻雜石墨烯由于上下兩層生長(zhǎng)速度不相同，在進(jìn)行步驟(4)生長(zhǎng)時(shí)，形成硼摻雜石墨烯會(huì)形成會(huì)與氮摻雜石墨烯交疊，從而生長(zhǎng)出雙層非對(duì)稱(chēng)石墨烯。如圖5所示，其虛線方框內(nèi)即是非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，其中I為摻雜氮的單層石墨烯，2為摻雜硼的單層石墨烯。
[0053](5)關(guān)閉甲烷、乙硼烷氣體，CVD設(shè)備自然降溫。等溫度降至室溫，取出樣品，進(jìn)行后續(xù)處理，制備得到的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0054]實(shí)施例2:
[0055](I)利用從阿法埃莎(中國(guó))化學(xué)有限公司購(gòu)買(mǎi)的純度為99.999%的銅箔作為催化劑，首先對(duì)銅箔進(jìn)行了清洗，然后利用電化學(xué)拋光技術(shù)對(duì)銅箔進(jìn)行了拋光。
[0056](2)把銅箔放進(jìn)CVD設(shè)備中，通入7sccm氫氣，接著在30分鐘內(nèi)升溫至1000°C，并在1000°C下保溫10分鐘，利用真空泵使CVD腔室內(nèi)保持1Pa真空度。
[0057](3)通入氫氣190sccm，甲烷0.2sccm，氨氣0.2sccm。在1000°C條件下保持30分鐘，以生長(zhǎng)出氮摻雜的石墨烯，而同時(shí)由于銅催化劑純度為99.999%，生長(zhǎng)的石墨烯為單層石墨烯。
[0058](4)與實(shí)施例1中步驟(4)相似，但不同之處在于這一步可以在步驟(3)的基礎(chǔ)上面懸蓋一片銅箔，在高溫下，金屬仍然可以起到催化的效果，從而在單層石墨烯上面生長(zhǎng)第二層硼摻雜石墨烯，如圖3所示。
[0059](5)關(guān)閉甲烷、乙硼烷氣體，CVD設(shè)備自然降溫。等溫度降至室溫，取出樣品，進(jìn)行后續(xù)處理。
[0060]實(shí)施例3:
[0061](I)與實(shí)施例1中步驟(I)相同。
[0062](2)除氫氣的流量為lOsccm，升溫至1100°C并保持10分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例1中步驟⑵相同。
[0063](3)除氫氣300sccm，乙腈50sccm，1100°C條件下保持10分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例I中步驟⑶相同。
[0064](4)除氫氣300sccm，乙烷50sccm，三烷基硼烷50sccm，在1100°C條件下保持10分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例1中步驟⑷相同。
[0065](5)與實(shí)施例⑴中步驟(5)相同。
[0066]實(shí)施例4:
[0067](I)與實(shí)施例1中步驟(I)相同。
[0068](2)除氫氣的流量為lOsccm，升溫至900°C并保持20分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例1中步驟⑵相同。
[0069](3)除氫氣150sccm，乙腈25sccm，900°C條件下保持10分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例1中步驟⑶相同。
[0070](4)除氫氣150sccm，乙烷25sccm，三烷基硼烷25sccm，在900°C條件下保持10分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例1中步驟⑷相同。
[0071](5)與實(shí)施例⑴中步驟(5)相同。
[0072]實(shí)施例5:
[0073](I)與實(shí)施例1中步驟⑴相同。
[0074](2)除氫氣的流量為2sccm，升溫至550 °C并保持60分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例1中步驟⑵相同。
[0075](3)除氫氣2sccm，乙炔0.0lsccm，氨氣0.0lsccm，550°C條件下保持120分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例1中步驟(3)相同。
[0076](4)除氫氣2sccm，乙炔0.0lsccm，三氟化硼0.0lsccm，在550°C條件下保持120分鐘外，其他過(guò)程與實(shí)施例1中步驟⑷相同。
[0077](5)與實(shí)施例⑴中步驟(5)相同。
[0078]綜上所述，本發(fā)明利用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法通過(guò)摻雜制備了一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，利用這種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以省去一個(gè)柵極、結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，節(jié)省成本。同時(shí)，非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯可以有效調(diào)節(jié)石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，使得其更具有在電子器件領(lǐng)域應(yīng)用的潛力；其上下兩層間的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，具有天然的極化效應(yīng)。
[0079] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴(lài)上述詳細(xì)方法才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，其特征在于，所述雙層石墨烯的兩個(gè)單層分別摻雜了不同的化學(xué)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，其特征在于，所述化學(xué)元素為氮、硼、磷、氟、鋁、硅、硫、氯、砷、溴、鈉、鎂、鉀或鈣中任意兩種的組合，優(yōu)選氮、硼或磷中任意兩種的組入口 ο
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)金屬催化劑前處理； (2)將步驟(I)中金屬催化劑置于化學(xué)氣相沉積裝置中，通入氫氣并抽真空，然后加熱金屬催化劑； (3)維持步驟(2)中的反應(yīng)溫度，通入氫氣至氣流穩(wěn)定后通入碳源氣體和氨氣，或含碳和氮的氣體作為碳源和氮源，然后保持10?120min，得到氮摻雜的石墨烯； (4)得到氮摻雜的石墨烯后，繼續(xù)通入氫氣至氣流穩(wěn)定后通入碳源氣體和乙硼烷，或含碳和硼的氣體作為碳源和硼源，然后保持10?120min，得到非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，然后將其轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中所述金屬催化劑為銅箔或鎳箔； 優(yōu)選地，所述金屬催化劑前處理包括對(duì)金屬催化劑進(jìn)行清洗； 優(yōu)選地，所述金屬催化劑前處理包括對(duì)金屬催化劑用去離子水、乙醇或丙酮中任意一種或至少兩種的組合進(jìn)行清洗； 優(yōu)選地，所述金屬催化劑前處理包括對(duì)金屬催化劑表面的條紋用電化學(xué)方法進(jìn)行拋光。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中氫氣的流量為2 ?300sccm ； 優(yōu)選地，所述步驟(2)中抽真空至真空度<20Pa。優(yōu)選地，所述步驟(2)中加熱金屬催化劑至550?IlOO0C ； 優(yōu)選地，所述加熱金屬催化劑保持10?60min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中氫氣的流量為 100 ?100sccm ； 優(yōu)選地，所述步驟⑶中碳源氣體為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、甲炔、乙炔、乙烯、丙烯或乙醇中任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述步驟(3)中碳源氣體的流量為0.01?50sccm ； 優(yōu)選地，所述步驟(3)中氨氣的流量為0.01?50sccm ； 優(yōu)選地，所述步驟(3)中含碳和氮的氣體為乙腈、吡啶、三乙胺、對(duì)硝基苯胺、偶氮二異丁腈、乙烯亞胺、吡咯烷或亞硝基酰胺中任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述步驟(3)中含碳和氮的氣體的流量為0.01?50sccm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中氫氣的流量為 100 ?100sccm ； 優(yōu)選地，所述步驟⑷中碳源氣體為甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、甲炔、乙炔、乙烯、丙烯或乙醇中任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述步驟(4)中碳源氣體的流量為0.0l?50sccm ； 優(yōu)選地，所述步驟(4)中乙硼燒的流量為0.01?50sccm ； 優(yōu)選地，所述步驟(4)中含碳和硼的氣體為三烷基硼烷、三氟化硼或三乙基硼烷中任意一種或至少兩種的組合； 優(yōu)選地，所述步驟(4)中含碳和硼的氣體的流量為0.01?50sccm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)金屬催化劑的準(zhǔn)備包括:選擇銅箔作為金屬催化劑，對(duì)金屬催化劑用去離子水、乙醇或丙酮中任意一種或至少兩種的組合進(jìn)行清洗，金屬催化劑表面的條紋用電化學(xué)方法進(jìn)行拋光； (2)將步驟(I)中金屬催化劑置于化學(xué)氣相沉積裝置中，通入氫氣的流量為2?lOsccm，并抽真空至真空度< 20Pa，然后加熱金屬催化劑至550?1100°C并保持10?60min ； (3)維持步驟(2)中的反應(yīng)溫度，通入氫氣至氣流穩(wěn)定后通入碳源氣體和氨氣，或通入含碳和氮的氣體作為碳源和氮源，其中氫氣的流量為100?lOOOsccm，碳源氣體的流量為0.01?50sccm，氨氣的流量為0.01?50sccm，含碳和氮的氣體的流量為0.01?50sccm，然后保持10?120min，得到氮摻雜的石墨烯； (4)得到氮摻雜的石墨烯后，繼續(xù)通入氫氣至氣流穩(wěn)定后通入碳源氣體和乙硼烷，或含碳和硼的氣體作為碳源和硼源，其中氫氣的流量為100?lOOOsccm，碳源氣體的流量為0.01?50sccm，乙硼烷的流量為0.01?50sccm，含碳和硼的氣體的流量為0.01?50sccm，然后保持10?120min，得到非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯，然后將其轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上。
9.一種如權(quán)利要求3-8任一項(xiàng)所述的方法制備得到的非對(duì)稱(chēng)雙層石墨烯在電子器件中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104465724SQ201410706032
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】郭北斗, 宮建茹 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心