一种高质量石墨烯薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术型公开了一种高质量石墨烯薄膜及其制备方法，制备过程包括：（1）利用固体小颗粒聚苯乙烯做碳源；（2）在通过CVD的方法制在铜箔基底表面吸附成核形成石墨烯；（3）将铜箔用腐蚀液刻蚀掉，然后再将石墨烯转移到任意的SiO2/Si基底或者玻璃基底上得到单层大面积石墨烯。本发明专利技术所用原料易得，技术成熟，成本较低，制备周期短，操作过程简单易控，制得的石墨烯具有优异的纯度，较好的机械性能、柔性、导电性。

A High Quality Graphene Film and Its Preparation Method

The present invention discloses a high quality graphene film and its preparation method. The preparation process includes: (1) using solid small particle polystyrene as carbon source; (2) adsorbing and nucleating on the surface of copper foil substrate by CVD method to form graphene; (3) etching copper foil with etching solution, and then transferring graphene to any SiO 2/Si or glass substrate to obtain single graphene. Layer of graphene with large area. The graphene prepared by the method has the advantages of easy availability of raw materials, mature technology, low cost, short preparation period, simple and controllable operation process, excellent purity, good mechanical performance, flexibility and conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种高质量石墨烯薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种高质量石墨烯薄膜及其制备方法。
技术介绍
二维晶体材料一般是指在二维方向上的尺度达到纳米尺寸的材料。早期科学家们认为，在自然界中找不到严格的二维晶体材料，因为它不具备热力学稳定性。直到2004年，科学家首次通过机械剥离的方法得到了石墨烯，才证实了二维结构的石墨烯能够稳定存在。自发现以来，石墨烯的各个方面的优异性能就引起了科学家们的注意并掀起了一股研究石墨烯的热潮，近年来研究领域从材料科学到电子器件方面涉及广泛。单层石墨烯是由碳原子sp2杂化堆垛而成并且每个碳原子杂化形成3个共价键,分别与周围最邻近的3个碳原子形成3个σ键,剩余的1个p电子与周围的原子形成π键，这种堆垛方式形成的薄膜厚约为0.335nm。近年来制备石墨烯常见的方法有很多，包括机械剥离法、外延生长法、化学剥离还原法、化学气相沉积法（CVD）等。化学气相沉积法（CVD）的原理是反应物质在高温条件下，分解或合成气态并在固体衬底上沉积，最后得到固体材料。采用化学气相沉积获得石墨烯，对实验设备的要求比较简单，价格相对低廉，制备出来的石墨烯尺寸相对较大，而且缺陷相对较低。并能通过化学的方法刻蚀掉金属基底，可以将石墨烯转移到任意目标衬底上，有利于石墨烯薄膜的应用。本文专利技术就是用这种方法。以固体小颗粒聚苯乙烯做碳源，制备出来大面积单层石墨烯使制备成本更加低廉。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：以固体小颗粒聚苯乙烯做为碳源，通过CVD法制备高质量单层石墨烯，获得的石墨烯薄膜具有优异的纯度，较好的机械性能和较高的柔性及导电性，该制备方法步骤简单，对实验条件要求不高。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：常压下在管式炉中，通过CVD法在基底铜箔上制备石墨烯薄膜。所述的方法制备的石墨烯薄膜，其特征在于：纯度高，机械性能好，柔性及导电性好。本专利技术提供了一种石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：用白色小颗粒状聚苯乙烯作为碳的前驱体；步骤S2：以铜箔为基底；步骤S3：通过CVD法在单温区开启式真空管式炉中反应。进一步，所述的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，用锡箔纸包裹装有聚苯乙烯的称量瓶放置在石英管的上游处，当聚苯乙烯的温度达到330～380℃之间时剧烈挥发裂解出碳原子。进一步，所述的石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，铜箔（厚25μm，纯度99.80%）的尺寸为1cm×1cm，分别用10%的稀盐酸、异丙醇、去离子水50℃超声15min。进一步，所述的石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，管式炉温度设置为1000℃，反应过程中通入400sccm的气体（10%H2/Ar），反应时间：恒温3min。采用了上述技术方案后，本专利技术具有以下有益效果：1）本专利技术制备的石墨烯薄膜具有优异的纯度，较好的机械性能和较高的柔性及导电性；2）本专利技术采用CVD法来制备石墨烯，原材料易得，且成本较低，实验过程简单；3）本专利技术的制备方法简单，没有使用到有害化学试剂，实验对环境没有污染。附图说明图1为本专利技术石墨烯薄膜的透射电镜照片；图2为本专利技术的石墨烯薄膜的拉曼表征图。具体实施方式为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。实施例一：一种石墨烯薄膜，图1中为破损的石墨烯薄膜高倍数下的透射图像，由于衍射现象边缘处出现一条清晰的衍射条纹，所以可以证明样品为单层石墨烯薄膜；从图2的拉曼表征图显示出了石墨烯的2D峰和G峰。实施例二：本专利技术提供了一种石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：用白色小颗粒状聚苯乙烯作为碳的前驱体；步骤S2：以铜箔为基底；步骤S3：通过CVD法在单温区开启式真空管式炉中反应。优选地，所述的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，用锡箔纸包裹装有聚苯乙烯的称量瓶放置在石英管的上游处，当聚苯乙烯的温度达到330～380℃之间时剧烈挥发裂解出碳原子。优选地，所述的石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，铜箔（厚25μm，纯度99.80%）的尺寸为1cm×1cm，分别用10%的稀盐酸、异丙醇、去离子水50℃超声15min。优选地，所述的石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，管式炉温度设置为1000℃，反应过程中通入400sccm的气体（10%H2/Ar），反应时间：恒温3min。本专利技术采用CVD法来合成，制得的石墨烯薄膜具有优异的纯度，较好的机械性能和较高的柔性及导电性，该制备方法步骤简单，对实验条件要求低。以上所述的具体实施例，对本专利技术解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯薄膜，其特征在于：通过CVD法制备，获得的石墨烯薄膜具有优异的纯度，较好的机械性能和较高的柔性及导电性，制备过程简单。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯薄膜，其特征在于：通过CVD法制备，获得的石墨烯薄膜具有优异的纯度，较好的机械性能和较高的柔性及导电性，制备过程简单。2.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜的制备，包括以下步骤：步骤S1：用白色小颗粒状聚苯乙烯作为碳的前驱体；步骤S2：以铜箔为基底；步骤S3：通过CVD法在单温区开启式真空管式炉中反应。3.根据权利要求2所述的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，用锡箔纸包裹装有聚苯乙烯的称量瓶放置在石英管的上游处...

【专利技术属性】
技术研发人员：管文水，高永平，王超群，
申请(专利权)人：信阳学院，
类型：发明
国别省市：河南,41