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便于觀察金屬襯底上化學(xué)氣相沉積石墨烯表面褶皺分布的方法與流程

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便于觀察金屬襯底上化學(xué)氣相沉積石墨烯表面褶皺分布的方法與流程
本發(fā)明屬于石墨烯材料表征領(lǐng)域,特別涉及一種便于觀察金屬襯底上化學(xué)氣相沉積(CVD)石墨烯表面褶皺分布的方法。

背景技術(shù):
自2004年兩位在俄羅斯出生的科學(xué)家AndreGeim和KonstantinNovoselov發(fā)表第一篇有關(guān)石墨烯的論文后,石墨烯在科學(xué)界激起了巨大的波瀾,它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)新一輪革命。石墨烯是由sp2雜化的碳原子組成的六角蜂窩狀二維無(wú)機(jī)晶體材料【A.K.Geim,K.S.Novoselov,NatureMaterials,2007,6,183-191】,只有一個(gè)碳原子層,厚度僅有0.335nm。石墨烯具備很多優(yōu)越的性能,例如高透光率、高電子遷移率、高電流密度、高機(jī)械強(qiáng)度、易于修飾等等。正因?yàn)檫@些特性,它被公認(rèn)為制造透明導(dǎo)電薄膜、高頻晶體管、儲(chǔ)氫電池,乃至集成電路的理想材料,具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。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,CVD石墨烯最大的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量相對(duì)較高,適于大量生產(chǎn)。到目前為止,CVD石墨烯的質(zhì)量與剝離法制備的石墨烯還有一定差距。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(guò)程中石墨烯因?yàn)閼?yīng)力的釋放會(huì)形成褶皺,通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)這種由于應(yīng)力引起的石墨烯表面的褶皺是影響CVD石墨烯質(zhì)量的因素之一,因此,準(zhǔn)確掌握石墨烯表面褶皺情況對(duì)于了解石墨烯質(zhì)量以及進(jìn)一步改進(jìn)生長(zhǎng)工藝非常重要。由于應(yīng)力引起的石墨烯表面的褶皺尺寸只有數(shù)十納米,因此需要AFM等高放大倍數(shù)的顯微鏡才能觀察到,而這類顯微鏡往往價(jià)格昂貴,操作復(fù)雜,表征成本很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種便于觀察金屬襯底上化學(xué)氣相沉積(CVD)石墨烯表面褶皺分布的方法,該方法可通過(guò)低放大倍數(shù)的常規(guī)光學(xué)顯微鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯表面納米級(jí)褶皺分布情況的觀察。本發(fā)明的一種便于觀察化學(xué)氣相沉積石墨烯表面褶皺分布的方法,包括:將待檢測(cè)的長(zhǎng)有石墨烯的金屬襯底置于氧化性氣氛中,以氧化石墨烯褶皺處的金屬;然后將氧化后的長(zhǎng)有石墨烯的金屬襯底置于光學(xué)顯微鏡下觀察,即可;所述的金屬襯底為銅、鎳及其合金等適于石墨烯生長(zhǎng)并且易于氧化的金屬。氧化區(qū)域的尺寸會(huì)遠(yuǎn)大于褶皺的尺寸,從而使這些需要超高放大倍數(shù)顯微鏡才能觀察到的納米級(jí)褶皺分布情況在光學(xué)顯微鏡下清晰顯現(xiàn)出來(lái)。所述的石墨烯為石墨烯連續(xù)膜或石墨烯單晶。所述的氧化性氣氛為空氣、氧氣、氯氣、氟氣、溴氣中的一種或幾種。所述的氧化的時(shí)間為0.01-99999min。所述的氧化的溫度為0-500℃。所述的氧化性氣氛的氣壓為10-10-1010Pa。本發(fā)明中的石墨烯連續(xù)膜可以為任意層數(shù)的石墨烯連續(xù)膜;所述的石墨烯連續(xù)膜可以為層數(shù)均勻的和層數(shù)不均勻的石墨烯連續(xù)膜;所述的石墨烯單晶可以為任意形狀的石墨烯單晶。鑒于CVD石墨烯表面納米級(jí)褶皺表征的重要性以及當(dāng)下對(duì)此表征相對(duì)困難的現(xiàn)狀,本發(fā)明提供一種便于觀察石墨烯表面納米級(jí)褶皺分布的方法,通過(guò)放大倍數(shù)在1000倍以下的常規(guī)光學(xué)顯微鏡就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯表面納米級(jí)褶皺分布情況的觀察。本發(fā)明利用完美石墨烯對(duì)金屬的抗氧化保護(hù)的特性,通過(guò)氧化的方法,將石墨烯的褶皺分布清晰的顯示出來(lái)。具體思路是:將未轉(zhuǎn)移的CVD石墨烯連同金屬襯底放入氧化氣氛中,這樣完美石墨烯覆蓋的金屬襯底表面不會(huì)被氧化,而褶皺處的金屬則會(huì)被氧化,并且氧化區(qū)域會(huì)從褶皺處像周圍延伸,由于氧化區(qū)域遠(yuǎn)大于褶皺的尺寸,從而通過(guò)使用常規(guī)的光學(xué)顯微鏡觀察氧化的區(qū)域就可以掌握褶皺的情況。有益效果:(1)本發(fā)明的方法重復(fù)性高、簡(jiǎn)單易行。(2)本發(fā)明通使CVD石墨烯表面褶皺處的金屬襯底被氧化,并且氧化區(qū)域隨時(shí)間不斷向四周延伸,遠(yuǎn)大于褶皺的尺寸,從而通過(guò)常規(guī)的光學(xué)顯微鏡觀察氧化的區(qū)域就可以間接掌握納米級(jí)褶皺的分布情況。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例所用氧化系統(tǒng);其中,1為進(jìn)氣氣路,2為出氣氣路,3為襯底托,4為加熱爐體,5為石英管。圖2a,2b分別為銅上CVD石墨烯連續(xù)膜經(jīng)實(shí)施例1處理前后的光鏡圖片。圖3a,3b分別為銅上CVD石墨烯單晶經(jīng)實(shí)施例2處理前后的光鏡圖片。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解,在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改,這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。一種便于觀察金屬襯底上CVD石墨烯表面褶皺的方法,包括以下步驟:將未轉(zhuǎn)移的石墨烯連同金屬襯底放入氧化性氣氛中,一段時(shí)間后,石墨烯褶皺處的銅會(huì)被氧化,氧化區(qū)域的尺寸會(huì)遠(yuǎn)大于褶皺的尺寸,從而使這些處理前需要超高放大倍數(shù)顯微鏡才能觀察到的納米級(jí)褶皺分布在低放大倍數(shù)光學(xué)顯微鏡下清晰顯現(xiàn)出來(lái)。所述的石墨烯包括石墨烯連續(xù)薄和石墨烯單晶;所述的石墨烯連續(xù)膜包括任意層數(shù)的石墨烯連續(xù)膜;所述的石墨烯連續(xù)膜包括層數(shù)均勻的和層數(shù)不均勻的石墨烯連續(xù)膜;所述的石墨烯單晶包括任意形狀的石墨烯單晶;所述的金屬襯底包括銅、鎳及其合金等適于石墨烯生長(zhǎng)并且易于氧化的金屬;所述的氧化氣氛為具有氧化性的氣體環(huán)境,包括氧氣、氯氣、氟氣、溴氣等具有氧化性的氣體以及其任意濃度的混合氣體;所述的一段時(shí)間為0.01-99999min;所述的“氧化性氣氛”其氣壓為10-10-1010Pa;可以通過(guò)加熱等方式加快氧化的速度。實(shí)施例1將銅上未轉(zhuǎn)移的CVD石墨烯連續(xù)膜連同銅襯底一起放入圖1所示的腔體中,關(guān)閉腔體,腔體內(nèi)為常壓空氣。加熱襯底到200℃并保持30min,降溫并取出襯底。圖2中a、b分別為銅上CVD石墨烯連續(xù)膜經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例1處理前后的光鏡圖片。對(duì)比a和b可以清楚的發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)本發(fā)明實(shí)施例1處理后,石墨烯表面出現(xiàn)了深色的條紋,這些深色的線條就是銅襯底被氧化的區(qū)域,因?yàn)橥昝赖氖┚哂泻芎玫谋Wo(hù)金屬抗氧化的功能,因此,每一個(gè)氧化的條紋都對(duì)應(yīng)著石墨烯表面的一個(gè)褶皺。實(shí)施例2將銅上未轉(zhuǎn)移的CVD石墨烯單晶連同銅襯底一起放入圖1所示的腔體中,關(guān)閉腔體,腔體內(nèi)為常壓空氣。加熱襯底到200℃并保持30min,降溫并取出襯底。圖3中a、b分別為銅上CVD石墨烯經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例2處理前后的光鏡圖片。對(duì)比a、b可以發(fā)現(xiàn)樣品在經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例2處理后沒有石墨烯單晶保護(hù)區(qū)域的銅表面顏色發(fā)生了明顯的改變,說(shuō)明這些區(qū)域的銅表面被嚴(yán)重氧化,而有石墨烯單晶保護(hù)的區(qū)域其顏色則沒有發(fā)生明顯變化,說(shuō)明石墨烯對(duì)銅有較好的抗氧化保護(hù)能力。不過(guò),部分區(qū)域的石墨烯單晶表面出現(xiàn)較暗條紋,如上分析,這些線條對(duì)應(yīng)的正是石墨烯單晶表面的褶皺。實(shí)施例3將銅上未轉(zhuǎn)移的CVD石墨烯單晶連同銅襯底一起放入圖1所示的腔體中,關(guān)閉腔體,腔體內(nèi)為加壓氯氣(常壓)。加熱襯底到300℃并保持20min,降溫并取出襯底。
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