一种石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯的制备方法，所述方法为：在经过酸蚀活化的铜箔表面制备得到石墨烯；所述酸为磷酸、盐酸、硝酸中的至少一种。本发明专利技术提供了一种能够制备出高质量石墨烯的常压化学气相沉积法，用该方法制备的石墨烯具有可以忽略的缺陷峰，表明存在的缺陷少；透光度高，说明制备出的石墨烯层数较少，为单层或双层石墨烯；该方法制备石墨烯工艺及设备简单、价格低廉、能耗较低，便于实现规模化量产。

A Graphene and Its Preparation Method

The invention discloses a preparation method of graphene, which is: graphene is prepared on the surface of copper foil activated by acid etching; the acid is at least one of phosphoric acid, hydrochloric acid and nitric acid. The invention provides an atmospheric pressure chemical vapor deposition method capable of preparing high quality graphene. The graphene prepared by this method has negligible defect peaks, indicating that there are few defects; high transmittance indicates that the graphene prepared by this method has fewer layers and is simple in process and equipment, low in price, low in energy consumption and convenient in production. In order to achieve large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯及其制备方法
本专利技术涉及纳米功能材料
，具体涉及一种石墨烯及其制备方法。
技术介绍
碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，它具有多样的电子轨道特征：sp、sp2、sp3杂化。更由于sp2的异向性而导致的晶体各向异性和其排列的各向异性，使得以碳元素为唯一构成元素的碳材料具有多种多样的性质。自2004年英国曼彻斯特大学的研究小组首次制备出稳定的石墨烯以来，石墨烯一直是研究的热潮。作为一种理想的二维原子晶体,石墨烯具有超高的电导率和热导率、巨大的理论比表面积、极高的杨氏模量和抗拉强度。目前石墨烯在传感器、光、电、热等领域的应用取得了一定进展。但要提高其使用性能，还需要制备出缺陷密度更小、均匀度更好的高质量石墨烯。化学气相沉积(CVD)是合成石墨烯的重要方法，用该方法合成的石墨烯面积大且厚度均匀，存在缺陷少，成本也相对低廉。如专利CN107217239A“一种改善常压化学积法制备的石墨烯薄膜导电性能的方法”中，也是利用长时间高温退火的方法使铜箔晶气相沉粒增大，提高石墨烯质量。虽然长时间的高温退火能够提高石墨烯质量，但该方法时间长，耗能高，不利于实现工业化生产。专利CN105018790A“一种医用石墨烯增强钛合金棒材的制备方法”中提到，可以通过对钛合金棒材进行包括酸洗、碱洗等表面预处理，优化钛合金棒材表面质量，然后在表面制备石墨烯薄膜。利用APCVD在铜箔表面制备石墨烯的过程中，铜箔表面钝化、污渍、粗糙度等均会影响石墨烯薄膜生长行为及其质量，提高铜箔表面质量，获得更平整洁净，催化能力更好的铜箔是解决当前问题的关键。专利技术内容基于此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种制备高质量石墨烯的制备方法；该方法操作简便、设备简单、成本低廉，有利于工业化生产应用。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种石墨烯的制备方法，所述方法为：在经过酸蚀活化的铜箔表面制备得到石墨烯；所述酸为磷酸、盐酸、硝酸中的至少一种。优选地，所述的石墨烯的制备方法包括如下步骤：(1)利用酸对铜箔表面进行酸洗，然后放于碱性溶液中进行碱性中和，得到酸蚀活化后的铜箔；(2)采用常压化学气相淀积法在步骤(1)所得酸蚀活化后的铜箔上制备得到石墨烯。本专利技术通过对铜箔进行酸蚀活化，除去了铜箔表面的氧化物，活化原本钝化的表面，提高了铜箔对于甲烷的催化作用。作为石墨烯生长碳源的甲烷，在石墨烯生长过程中吸附于铜箔表面，铜作为催化剂催化甲烷分解为碳原子，活化之后的铜催化作用更为明显。更多的碳原子在铜箔成核长大，形成石墨烯岛，并且酸蚀过后的铜箔表面更为平整利于碳原子的迁移，最后连成大面积高质量的石墨烯薄膜。优选地，所述步骤(1)中的铜箔表面在进行碱性中和后，用去离子水反复清洗铜箔，吹干，获得干净铜箔表面。优选地，所述酸的体积浓度为1‰-20‰，所述酸洗的时间为5-30min。优选地，所述步骤(1)中的碱性溶液为碱式碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液中的至少一种；所述碱性溶液的质量浓度为1‰-20‰，中和的时间为1-10min。优选地，所述步骤(2)的具体步骤为：首先将酸蚀活化后的铜箔放于石英舟上送入管式炉中，将管式炉由室温升至1000℃-1030℃，升温过程中始终通入氩气与氢气，然后保持炉温，通入甲烷气体制备石墨烯，最后停止甲烷和氢气的通入，保持氩气的通入，将炉温降至室温，获得生长于铜箔基底上的石墨烯薄膜。优选地，所述酸为磷酸，所述酸的体积浓度为1‰-10‰，所述酸洗的时间为10-20min。本申请专利技术人经过大量探索发现，上述浓度的磷酸不易挥发，且为较安全的中强酸，该浓度及时间下不会对铜箔造成过度腐蚀，能达到更好的酸蚀活化效果。优选地，所述步骤(2)中的碱性溶液为氢氧化钠；所述碱性溶液的质量浓度为1‰-10‰，中和的时间为5-10min。本申请专利技术人经过大量探索发现，该浓度及时间下能完全中和氢离子生成水，不引入过多其他离子。优选地，所述氩气的流量为300-500sccm；所述氢气的流量为40-50sccm；所述甲烷的流量为2-4sccm；所述石墨烯的生长时间为15min。本申请专利技术人经过大量探索发现，该流量配比以及生长时间下，所制备的石墨烯具有较快的生长速度及较完整的覆盖率。优选地，在将管式炉升温前，需将管式炉进行抽真空处理，当真空度到达0.1-2Pa时，通入氩气使炉内气压达到常压。抽真空处理使炉腔内杂质气体减少，为石墨烯提供良好生长条件。同时，本专利技术还公开一种由所述制备方法制备得到的石墨烯。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种能够制备出高质量石墨烯的常压化学气相沉积法，用该方法制备的石墨烯具有可以忽略的缺陷峰，表明存在的缺陷少；透光度高，说明制备出的石墨烯层数较少为单层或双层石墨烯；该方法制备石墨烯工艺及设备简单、价格低廉、能耗较低，便于实现规模化量产。附图说明图1为实施例中制备石墨烯的结构图；图2为实施例中制备的石墨烯的拉曼光谱图；其中，1、铜箔基体；2、石墨烯薄膜。具体实施方式为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1未进行酸蚀活化一种未进行酸蚀活化的铜箔制备石墨烯，制备步骤如下：(1)将铜箔放入乙醇和去离子水中超声清洗10min后放于石英舟上，送入管式炉中；(2)对管式炉进行抽真空处理，当真空度到达0.1-2pa时，通入氩气使炉内气压达到常压，将管式炉由室温升至1000℃-1030℃，升温过程中始终通入氩气与氢气，氩气和氢气分别为300-500sccm、40-50sccm；(3)保持该炉温，通入甲烷气体制备石墨烯，甲烷流量为2-4sccm，石墨烯生长时间为15min；(4)最后停止甲烷和氢气的通入，保持氩气的通入，将炉温降至室温，获得生长于铜箔基底上的石墨烯薄膜。如图1所示，本实施例所得石墨烯薄膜样品从下到上依次为铜箔基体1、石墨烯薄膜2。将本实施例制备的石墨烯薄膜进行拉曼光谱测试，其拉曼图谱如图2所示。可见未经过酸蚀活化的铜箔其上生长的石墨烯存在明显的D峰，说明石墨烯中存在一定程度的缺陷；2D峰较低且半高宽大，IG/I2D值较大，说明制备出的是多层石墨烯，透光度相对降低。实施例2用体积浓度3‰磷酸进行酸蚀活化本专利技术所述石墨烯的一种实施例，本实施例所述石墨烯通过以下方法制备所得：(1)利用体积浓度为3‰磷酸对铜箔进行表面酸蚀活化，时间为10-20min左右；(2)然后放于质量浓度为1‰-10‰之间氢氧化钠溶液中进行碱性中和，中和时间在5-10min左右；(3)用去离子水反复清洗铜箔，吹干，获得干净铜箔表面；(4)将铜箔放于石英舟上送入管式炉中，对管式炉进行抽真空处理，当真空度到达0.1-2pa时，通入氩气使炉内气压达到常压，将管式炉由室温升至1000℃-1030℃，升温过程中始终通入氩气与氢气，氩气和氢气分别为300-500sccm、40-50sccm；(6)保持该炉温，通入甲烷气体制备石墨烯，甲烷流量为2-4sccm，石墨烯生长时间为15min；(7)最后停止甲烷和氢气的通入，保持氩气的通入，将炉温降至室温，获得生长于铜箔基底上的石墨烯薄膜。如图1所示，本实施例所得石墨烯薄膜样品从下到上依次为铜箔基体1、石墨烯薄膜2。将本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，所述方法为：在经过酸蚀活化的铜箔表面制备得到石墨烯；所述酸为磷酸、盐酸、硝酸中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯的制备方法，其特征在于，所述方法为：在经过酸蚀活化的铜箔表面制备得到石墨烯；所述酸为磷酸、盐酸、硝酸中的至少一种。2.如权利要求1所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用酸对铜箔表面进行酸洗，然后放于碱性溶液中进行碱性中和，得到酸蚀活化后的铜箔；(2)采用常压化学气相淀积法在步骤(1)所得酸蚀活化后的铜箔上制备得到石墨烯。3.如权利要求1或2所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述酸的体积浓度为1‰-20‰，所述酸洗的时间为5-30min。4.如权利要求2所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碱性溶液为碱式碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液中的至少一种；所述碱性溶液的质量浓度为1‰-20‰，中和的时间为1-10min。5.如权利要求2所述的石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤为：首先将酸蚀活化后的铜箔放于石英舟上送入管式炉中，将管式炉由室温升至1000℃-1030℃，升温过程中始终...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦宇冲，彭继华，苏东艺，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州纳新实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44