一种低成本生长大面积石墨烯的CVD方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯的制备技术，具体为一种采用未清洗的压延金属作为基体材料低成本生长大面积石墨烯的CVD方法。该方法采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的基体材料，利用压延加工后残留在金属表面的油脂作为生长石墨烯的碳源，具体步骤为：(1)采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的基体，其表面残留的油脂作为生长石墨烯的碳源；(2)将上述材料直接放入CVD系统进行生长，在其表面形成大面积石墨烯。采用本发明专利技术无需使用外加碳源，降低制备成本，可作为一种低成本生产大面积石墨烯的方法。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术涉及石墨烯的制备技术，具体为一种采用未清洗的压延金属作为基体材料低成本生长大面积石墨烯的CVD方法。
技术介绍
:石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶体结构，是构建其他维数炭材料(零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨)的基本结构单元。石墨烯独特的晶体结构使它具有优异的电学、热学和力学性能，如室温下其电子迁移率高达200,000cm2/V·s，热导率高达5300W/m·k，可望在多功能纳电子器件、透明导电膜、复合材料、催化材料、储能材料、场发射材料、气体传感器及气体存储等领域获得广泛应用。为了综合利用石墨烯的众多优异特性，高质量石墨烯的制备方法至关重要。自2004年英国曼彻斯特大学的研究组采用胶带剥离法(或微机械剥离法)首次分离获得稳定存在的石墨烯后，很多制备石墨烯的方法陆续被发展起来，包括化学氧化剥离法、析出生长法和化学气相沉积(CVD)法。其中，CVD法是目前可控制备大面积、高质量石墨烯的主要方法。通过控制温度、碳源和压力等制备条件，可以实现在多种基体材料表面(金属和非金属)生长石墨烯。近几年，CVD法制备的石墨烯已经用于制备高性能的石墨烯透明导电薄膜，在以触摸屏为代表的光电器件等领域展现出了广阔的应用前景。目前，采用CVD法生长大面积石墨烯存在制备成本较高的问题。为了进一步推动石墨烯的应用，需要发展降低CVD法制备成本的有效途径。典型的大面积石墨烯的CVD生长方法均使用外加碳源，以高纯甲烷等碳氢化合物为典型代表。生长大面积石墨烯的典型CVD工艺需要消耗大量的气体碳源，而且高纯甲烷等碳氢气体的成本较高。可以看出，气体碳源已经成为大面积石墨烯制备成本的重要部分。
技术实现思路
:本专利技术的目的在于提供一种低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的基体材料，直接利用压延加工后残留在
金属表面的油脂作为生长石墨烯的碳源，无需使用外加碳源，从而降低制备成本。本专利技术的技术方案是：一种低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的生长基体材料，利用压延加工后残留在金属表面的油脂作为生长石墨烯的碳源；具体步骤如下：(1)采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的基体，其表面残留的油脂作为生长石墨烯的碳源；(2)将上述材料直接放入CVD系统进行生长，在其表面形成大面积石墨烯。所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，采用的压延金属为Cu、Ni、Pt、Co、Ir、Ru、Au、Ag、Fe、Mo、W、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr之一或两种以上的合金或复合材料。所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，石墨烯的生长基体为平面结构或者为曲面结构。所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，CVD生长所用生长石墨烯的碳源为压延加工金属过程中使用的润滑油脂，主要成份为碳氢化合物。所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，CVD生长的设备包括加热型CVD或等离子体增强CVD(PECVD)，CVD生长的工艺包括低压工艺或常压工艺，CVD生长的气氛包括还原性气氛或惰性气氛，CVD生长的加热方式包括电加热、感应加热、辐照加热或激光加热，CVD生长的冷却方式为缓慢冷却或快速冷却。所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，在生长基体所形成石墨烯的平均层数为单层、双层、少层或多层，层数小于50层。所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，CVD生长中，将未清洗的压延金属放入CVD炉中进行生长；首先将炉腔抽真空，直至压力小于1Pa，再通入流量为1～500sccm的氢气和/或10～2000sccm的氩气，并将压力维持在1Pa至常压；在1～30分钟内将生长基体表面的温度升至800～1000℃，保温1～60分钟；然后随炉冷却至室温，或者进行快速冷却至室温，冷却速度为10～20℃/秒，完成CVD生长。本专利技术的特点及有益效果是：1.本专利技术直接利用压延加工后残留在金属表面的油脂作为生长石墨烯的碳源，无需使用外加碳源，而且未清洗的压延金属成本相对较低，因此可降低CVD
生长的原料成本。2.本专利技术的方法无需使用外加碳源，可减少CVD系统的相关配置、降低设备成本。具体实施方式:下面通过实施例对本专利技术进一步详细说明。实施例1采用未脱脂的压延铜箔(25微米厚)作为生长基体材料。将大面积铜箔平放在石英板表面，放入光辐照式CVD炉中进行生长。首先将炉腔抽真空，直至压力小于1Pa，再通入流量为10sccm的氢气，并将压力维持在10Pa；在5分钟内将铜箔表面的温度升至1000℃，保温5分钟后随炉冷却至室温，完成CVD生长。最终，在铜箔的表面形成单层占优的大面积石墨烯。实施例2与实施例1的不同之处在于：采用卷对卷式的PECVD系统，直接使用成卷的压延铜箔(35微米厚)作为生长基体材料，在300℃下连续生长，铜箔的上下表面均形成单层占优的大面积石墨烯。实施例3采用未脱脂的压延镍箔(50微米厚)作为生长基体材料。将大面积镍箔平放在石英板表面，放入感应加热式CVD炉中进行生长。首先将炉腔抽真空，直至压力小于1Pa，再通入流量为50sccm的氢气和200sccm的氩气，直至压力升至常压；在1分钟内将炉温升至1000℃，保温1分钟；然后对镍箔进行快速冷却至室温，冷却速度为15℃/秒，完成CVD生长。最终，在镍箔表面形成高质量的大面积少层石墨烯。实施例结果表明，本专利技术方法采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的基体材料，利用压延加工后残留在金属表面的油脂作为生长石墨烯的碳源，无需使用外加碳源，从而降低制备成本。因此，可作为一种低成本生产大面积石墨烯的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，其特征在于：采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的生长基体材料，利用压延加工后残留在金属表面的油脂作为生长石墨烯的碳源；具体步骤如下：(1)采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的基体，其表面残留的油脂作为生长石墨烯的碳源；(2)将上述材料直接放入CVD系统进行生长，在其表面形成大面积石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，其特征在于：采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的生长基体材料，利用压延加工后残留在金属表面的油脂作为生长石墨烯的碳源；具体步骤如下：(1)采用未清洗的压延金属作为CVD生长石墨烯的基体，其表面残留的油脂作为生长石墨烯的碳源；(2)将上述材料直接放入CVD系统进行生长，在其表面形成大面积石墨烯。2.按照权利要求1所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，其特征在于：采用的压延金属为Cu、Ni、Pt、Co、Ir、Ru、Au、Ag、Fe、Mo、W、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr之一或两种以上的合金或复合材料。3.按照权利要求1所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，其特征在于：石墨烯的生长基体为平面结构或者为曲面结构。4.按照权利要求1所述的低成本生长大面积石墨烯的CVD方法，其特征在于：CVD生长所用生长石墨烯的碳源为压延加工金属过程中使用的润滑油脂，主要成份为碳氢化合物。5.按照权利要求1所述的低成本生长大...

【专利技术属性】
技术研发人员：任文才，马来鹏，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21