电子掺杂双层石墨烯的制备方法技术

电子掺杂双层石墨烯的制备方法，涉及石墨烯，尤其是一种通过热蒸发在双层石墨烯表面蒸镀三聚氰胺分子，以调制石墨烯电学性质的电子掺杂双层石墨烯的制备方法。本发明专利技术的电子掺杂双层石墨烯的制备方法，其特征在于本制备方法以化学气相沉积法制备大面积双层石墨烯，再用热蒸发技术在双层石墨烯表面蒸发一层三聚氰胺分子来调制石墨烯电学性质。本技术与制备单层石墨烯最大的区别是调大了氢气氩气混合气体的量和延长了制备时间，可以通过调整三聚氰胺的量，控制步骤3）中覆盖在双层石墨烯表面薄膜的厚度；三聚氰胺的掺杂使石墨烯的导电类型能够实现从强p型到弱p型的调制作用，为大面积石墨烯

【技术实现步骤摘要】
电子掺杂双层石墨烯的制备方法
本专利技术涉及石墨烯，尤其是一种通过热蒸发在双层石墨烯表面蒸镀三聚氰胺分子，以调制石墨烯电学性质的电子掺杂双层石墨烯的制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子以sp2轨道杂化形成蜂窝状结构的二维材料。自2004年，康斯坦丁·诺沃肖洛夫和安德烈·海姆发现石墨烯并制备出第一个石墨烯场效应晶体管以来，由于具有很高的载流子迁移率、宽光谱吸收和快速响应而在光电探测器领域受到广泛的关注，然而，本征的单层石墨烯由于零带隙及弱的光吸收（2.3%），造成了石墨烯基光电探测器开关比小和响应率低，限制了其在光电领域的应用，将石墨烯带隙打开使其开关比变大对石墨烯在光电领域的应用至关重要。双层石墨烯除了有与单层石墨烯相似的量子反常霍尔效应和比单层石墨烯吸光强度大外，双层石墨烯有更高的载流子迁移率，且通过外加垂直电场或掺杂可以使其能带打开。化学气相沉积法是目前制备大面积、高质量单层石墨烯最好的方法之一，然而由于自限制效应导致制备双层石墨烯困难，只有少数实验团队制备出高质量的双层石墨烯。所以为了将石墨烯应用到光电探测领域，有必要制备双层石墨烯增强对光吸收且对其掺杂实现电学调制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的就是现有制备双层石墨烯困难的问题，提供一种通过热蒸发在双层石墨烯表面蒸镀三聚氰胺分子，以调制石墨烯电学性质的电子掺杂双层石墨烯的制备方法。本专利技术的电子掺杂双层石墨烯的制备方法，其特征在于本制备方法以化学气相沉积法制备大面积双层石墨烯，再用热蒸发技术在双层石墨烯表面蒸发一层三聚氰胺分子来调制石墨烯电学性质，具体制备步骤如下：1）、采用化学气相沉积法在铜箔上制备出双层石墨烯：将铜箔衬底放入管式炉中，之后抽真空至1Pa以下；将氢气氩气混合气体以60sccm通入管式炉中并在120分钟内升温至1000℃；然后以20sccm量通入甲烷60分钟，此时管式炉内压强保持在1500Pa；而后降温至室温后，关掉氢气氩气混合气体，取出生长于铜箔表面的双层石墨烯样品；2）、转移双层石墨烯：在步骤1）得到的双层石墨烯样品上面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯溶液后在80℃的干燥箱中加热蒸干20分钟形成牢固的膜；将涂有聚甲基丙烯酸甲酯溶液、长有双层石墨烯的铜箔浸泡在氯化铁溶液中刻蚀铜箔1至2小时；待刻蚀完毕后用载玻片将铜箔转移到去离子水中浸泡30分钟，清洗表面残留氯化铁和铜；将刻蚀完铜箔后的、带有石墨烯的薄膜转移到目标基底上，用丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯溶液即可得到转移在目标基底上的双层石墨烯。3）、蒸镀三聚氰胺：以三聚氰胺为掺杂剂，用热蒸发法将三聚氰胺蒸镀到双层石墨烯表面上形成一层薄膜，即可得到电子掺杂双层石墨烯。本技术与制备单层石墨烯最大的区别是调大了氢气氩气混合气体的量和延长了制备时间，可以通过调整三聚氰胺的量，控制步骤3）中覆盖在双层石墨烯表面薄膜的厚度；三聚氰胺的掺杂使石墨烯的导电类型能够实现从强p型到弱p型的调制作用，为大面积石墨烯n型掺杂提供了可行方案。本专利技术的电子掺杂双层石墨烯的制备方法，具有以下优点：1）整体技术路线创新、具有设备和工艺过程简单、制备效率高、成本低和效果明显等特点，结合经典的CVD方法和热蒸发方法实现对双层石墨烯表面掺杂，实现电学调制，避免了替位掺杂导致载流子迁移率低的缺点；2）此方法制备掺杂双层石墨烯操作可行，制备得到的掺杂双层石墨烯能够实现双层石墨烯导电类型从强p型到弱p型的调制作用，为石墨烯n型调制指明了方向和参考；3）由于三聚氰胺中含有碳氮键，对紫外有吸收作用，可用于紫外探测器中。附图说明图1为化学气相沉积法制备双层石墨烯的AFM图。图2为化学气相沉积法制备双层石墨烯的拉曼光谱图。图3为双层石墨烯和掺杂双层石墨烯场效应测试结果。具体实施方式实施例1：一种电子掺杂双层石墨烯的制备方法，以化学气相沉积法制备大面积双层石墨烯，再用热蒸发技术在双层石墨烯表面蒸发一层三聚氰胺分子来调制石墨烯电学性质，具体制备步骤如下：1）、采用化学气相沉积法在铜箔上制备出双层石墨烯：将铜箔衬底放入管式炉中，之后抽真空至1Pa以下；将氢气氩气混合气体以60sccm通入管式炉中并在120分钟内升温至1000℃；然后以20sccm量通入甲烷60分钟，此时管式炉内压强保持在1500Pa；而后降温至室温后，关掉氢气氩气混合气体，取出生长于铜箔表面的双层石墨烯样品；2）、转移双层石墨烯：在步骤1）得到的双层石墨烯样品上面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯溶液后在80℃的干燥箱中加热蒸干20分钟形成牢固的膜；将涂有聚甲基丙烯酸甲酯溶液、长有双层石墨烯的铜箔浸泡在氯化铁溶液中刻蚀铜箔1至2小时；待刻蚀完毕后用载玻片将铜箔转移到去离子水中浸泡30分钟，清洗表面残留氯化铁和铜；将刻蚀完铜箔后的、带有石墨烯的薄膜转移到目标基底上，用丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯溶液即可得到转移在目标基底上的双层石墨烯；3）、蒸镀三聚氰胺：以三聚氰胺为掺杂剂，用热蒸发法将三聚氰胺蒸镀到双层石墨烯表面上形成一层薄膜。即称取0.5g三聚氰胺粉末在真空条件下蒸发在双层石墨烯表面上，即可得到电子掺杂双层石墨烯。在实际制备过程中，可以通过调整三聚氰胺的量，控制步骤3）中覆盖在双层石墨烯表面薄膜的厚度。如图1所示，为用化学气相沉积法制备的双层石墨烯转移到目标基底上的AFM图，从图中看到除了褶皱的膜外，表面还有一层不连续的薄膜，表现出双层石墨烯薄膜的表面形貌。如图2所示，为双层石墨烯薄膜的拉曼光谱图，拉曼测试得到多个点的D峰强度都非常弱，由此可以判断生长的石墨烯的缺陷率较低，石墨烯样品质量较高；对于2D峰与G峰的强度比（I2D/IG≈1），可以很明显看出此石墨烯的层数为双层。在石墨烯表面掺杂一层三聚氰胺分子后的场效应晶体管，并对其进行了电学性能测试，如图3所示，在空气中的电学性能测试表明：三聚氰胺的掺杂使石墨烯的导电类型能够实现从强p型到弱p型的调制作用，为将来制备大面积石墨烯n型掺杂提供了参考方案。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子掺杂双层石墨烯的制备方法，其特征在于本制备方法以化学气相沉积法制备大面积双层石墨烯，再用热蒸发技术在双层石墨烯表面蒸发一层三聚氰胺分子来调制石墨烯电学性质，具体制备步骤如下：1）、采用化学气相沉积法在铜箔上制备出双层石墨烯：将铜箔衬底放入管式炉中，之后抽真空至1Pa以下；将氢气氩气混合气体以60sccm通入管式炉中并在120分钟内升温至1000℃；然后以20sccm量通入甲烷60分钟，此时管式炉内压强保持在1500 Pa；而后降温至室温后，关掉氢气氩气混合气体，取出生长于铜箔表面的双层石墨烯样品；2）、转移双层石墨烯：在步骤1）得到的双层石墨烯样品上面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯溶液后在80℃的干燥箱中加热蒸干20分钟形成牢固的膜；将涂有聚甲基丙烯酸甲酯溶液、长有双层石墨烯的铜箔浸泡在氯化铁溶液中刻蚀铜箔1至2小时；待刻蚀完毕后用载玻片将铜箔转移到去离子水中浸泡30分钟，清洗表面残留氯化铁和铜；将刻蚀完铜箔后的、带有石墨烯的薄膜转移到目标基底上，用丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯溶液即可得到转移在目标基底上的双层石墨烯；3）、蒸镀三聚氰胺：以三聚氰胺为掺杂剂，用热蒸发法将三聚氰胺蒸镀到双层石墨烯表面上形成一层薄膜，即可得到电子掺杂双层石墨烯。...

【技术特征摘要】
1.一种电子掺杂双层石墨烯的制备方法，其特征在于本制备方法以化学气相沉积法制备大面积双层石墨烯，再用热蒸发技术在双层石墨烯表面蒸发一层三聚氰胺分子来调制石墨烯电学性质，具体制备步骤如下：1）、采用化学气相沉积法在铜箔上制备出双层石墨烯：将铜箔衬底放入管式炉中，之后抽真空至1Pa以下；将氢气氩气混合气体以60sccm通入管式炉中并在120分钟内升温至1000℃；然后以20sccm量通入甲烷60分钟，此时管式炉内压强保持在1500Pa；而后降温至室温后，关掉氢气氩气混合气体，取出生长于铜箔表面的双层石墨烯样品；2）、转移双层石...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐利斌，姬荣斌，项金钟，胡松文，赵梓妤，康蓉，秦强，韩福忠，
申请(专利权)人：昆明物理研究所，
类型：发明
国别省市：云南,53