具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，制备方法包括：提供一衬底；于衬底上表面形成氢钝化层和位于氢钝化层上表面的石墨烯层；将一探针置于石墨烯层上，并给探针施加一预设电压，以激发探针对应位置的部分氢钝化层转换成氢气，氢气使得其对应位置的石墨烯层凸起以形成包覆氢气的石墨烯气泡。通过上述方案，本发明专利技术提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构以及该石墨烯结构的制备方法，本发明专利技术的技术方案可以精确地控制石墨烯气泡的形成位置，并实现了石墨烯气泡的大小以及形状等的高度可控，本发明专利技术的制备方法操作简单，具有很强的可操作性和实用价值。

Structure and preparation of graphene with graphene bubbles

【技术实现步骤摘要】
具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法
本专利技术属于石墨烯
，特别是涉及一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及制备方法。
技术介绍
石墨烯气泡作为一种充满气体的特殊石墨烯应变结构，能有效的调节石墨烯的狄拉克点和能带结构。关于石墨烯气泡的相关研究，近些年开始兴起。目前，理论预测了石墨烯在施加一定方向的应力下能够产生数个特斯拉大小的赝磁场，其中，如此大的赝磁场已足以在不外加磁场的情况下观察到朗道能级分裂现象，并能够调制石墨烯的能带结构；紧接着，在Pt(111)上通过CVD生长的石墨烯区域边界处观察到了自然形成的石墨烯纳米气泡，通过STS测试发现气泡上出现一系列的朗道能级峰，拟合出气泡内均匀分布的高达300T的赝磁场，实验上首次证实了关于应力石墨烯产生赝磁场的理论。此外，石墨烯气泡在光学上可以用作纳米透镜，在谷电子学中可用作谷滤波器和分束器。然而，目前国际上制备石墨烯气泡主要采用的方法有以下几种：1)CVD生长石墨烯过程中自然包裹气体形成气泡；2)注入气体离子退火后形成气泡；3)利用电化学方法电离水分子产生气泡。但是，以上几种方法存在诸多问题，如均不能实现对气泡位置的精确控制，气泡大小和形状的控制也较为困难等。因此，如何提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，用于解决现有技术中石墨烯气泡制备过程中大小、位置以及形状等难以控制等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，包括如下步骤：1)提供一衬底；2)于所述衬底上表面形成氢钝化层和位于所述氢钝化层上表面的石墨烯层；及3)将一探针置于所述石墨烯层上，并给所述探针施加一预设电压，以激发所述探针对应位置的部分所述氢钝化层转换成氢气，所述氢气使得其对应位置的所述石墨烯层凸起以形成包覆所述氢气的石墨烯气泡。作为本专利技术的一种优选方案，步骤2)中，利用化学气相沉积的方法形成所述石墨烯层，其中，所述化学气相沉积的载气包括氢气，所述氢气在所述化学气相过程中饱和所述衬底上表面的不饱和键形成所述氢钝化层。作为本专利技术的一种优选方案，步骤2)中，所述石墨烯层包括单层石墨烯或多层石墨烯。作为本专利技术的一种优选方案，步骤1)中，所述衬底的材料包括Ge、Cu、Ni、h-BN及Au所构成的群组中的任意一种。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)中，所述石墨烯气泡的底面形状包括点状、线状、圆形、方形及环形中的任意一种。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)中，所述探针包括原子力显微镜的AFM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述原子力显微镜选定所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置。作为本专利技术的一种优选方案，采用所述原子力显微镜的接触模式选择所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置，且在所述接触模式下给所述AFM导电探针施加所述预设电压。作为本专利技术的一种优选方案，设置所述原子力显微镜为自动模式，以连续制备出若干个所述石墨烯气泡。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)中，所述探针包括扫描隧道显微镜的STM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述扫描隧道显微镜选定所述STM导电探针置于所述石墨烯层上的位置。作为本专利技术的一种优选方案，采用所述扫描隧道显微镜的恒流模式或恒高模式选择所述STM导电探针置于所述石墨烯层上的位置，并采用脉冲模式给所述STM导电探针施加所述预设电压。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)中，所述预设电压介于-12V～-2V之间。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)中，所述探针与所述石墨烯层之间的压力介于0nN～300nN之间。作为本专利技术的一种优选方案，还包括步骤4)，重复步骤3)至少一次，以形成多个间隔排布的所述石墨烯气泡。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3)中，所述预设电压依据需要形成的所述石墨烯气泡的大小设定；所述探针在所述石墨烯层上进行移动的区域依据需要形成的所述石墨烯气泡的底面形状设定。本专利技术提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构，包括：衬底；氢钝化层，位于所述衬底的上表面；以及石墨烯层，位于所述氢钝化层的上表面，且所述石墨烯层上形成有至少一个由部分所述石墨烯层凸起形成的石墨烯气泡，其中，所述石墨烯气泡内包覆有部分由所述氢钝化层受预设电压激发转换成的氢气。作为本专利技术的一种优选方案，所述石墨烯气泡的底面形状包括点状、线状、圆形、方形及环形中的任意一种。如上所述，本专利技术的具有石墨烯气泡的石墨烯结构及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构以及该石墨烯结构的制备方法，本专利技术的技术方案可以精确地控制石墨烯气泡的形成位置，并实现了石墨烯气泡的大小以及形状等的高度可控，本专利技术的制备方法操作简单，具有很强的可操作性和实用价值。附图说明图1显示为本专利技术的具有石墨烯气泡的石墨烯结构制备的流程图。图2显示为本专利技术的石墨烯结构制备中提供衬底的结构示意图。图3显示为本专利技术的石墨烯结构制备中形成氢钝化层及石墨烯层的结构示意图。图4显示为本专利技术的石墨烯结构制备中将探针置于石墨烯层上的结构示意图。图5显示为本专利技术的石墨烯结构制备中形成石墨烯气泡的结构示意图。元件标号说明100衬底101氢钝化层102石墨烯层103探针104石墨烯气泡S1～S3步骤1)～步骤3)具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。如图1～5所示，本专利技术提供一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，包括步骤：1)提供一衬底；2)于所述衬底上表面形成氢钝化层和位于所述氢钝化层上表面的石墨烯层；及3)将一探针置于所述石墨烯层上，并给所述探针施加一预设电压，以激发所述探针对应位置的部分所述氢钝化层转换成氢气，所述氢气使得其对应位置的所述石墨烯层凸起以形成包覆所述氢气的石墨烯气泡。下面将结合附图详细说明本专利技术的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法。首先，如图1中的S1及图2所示，进行步骤1)，提供一衬底100。作为示例，步骤1)中，所述衬底100的材料包括Ge、Cu、Ni、h-BN及Au所构成的群组中的任意一种。具体的，在该步骤中提供一衬底100，以支撑并提供后续形成所述氢钝化层101及石墨烯层102的结构基础，所述衬底100的材料可以为Ge(锗)、Cu(铜)、Ni(镍)、h-BN(六方氮化硼)及Au(金)中的任意一者，另外，所述衬底100也可以是由上述材料中的至少两者所形成的材料层构成的叠层结构，当然，还可以是由本领域普通技术人员熟知的任意实现本方案功能的材料构成。接着，如图1中的S2及图3所示，进行步骤2)，于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提供一衬底；2)于所述衬底上表面形成氢钝化层和位于所述氢钝化层上表面的石墨烯层；及3)将一探针置于所述石墨烯层上，并给所述探针施加一预设电压，以激发所述探针对应位置的部分所述氢钝化层转换成氢气，所述氢气使得其对应位置的所述石墨烯层凸起以形成包覆所述氢气的石墨烯气泡。

【技术特征摘要】
1.一种具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提供一衬底；2)于所述衬底上表面形成氢钝化层和位于所述氢钝化层上表面的石墨烯层；及3)将一探针置于所述石墨烯层上，并给所述探针施加一预设电压，以激发所述探针对应位置的部分所述氢钝化层转换成氢气，所述氢气使得其对应位置的所述石墨烯层凸起以形成包覆所述氢气的石墨烯气泡。2.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，利用化学气相沉积的方法形成所述石墨烯层，其中，所述化学气相沉积的载气包括氢气，所述氢气在所述化学气相过程中饱和所述衬底上表面的不饱和键形成所述氢钝化层。3.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述石墨烯层包括单层石墨烯或多层石墨烯。4.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述衬底的材料包括Ge、Cu、Ni、h-BN及Au所构成的群组中的任意一种。5.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述石墨烯气泡的底面形状包括点状、线状、圆形、方形及环形中的任意一种。6.根据权利要求1所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述探针包括原子力显微镜的AFM导电探针，且依据需要形成所述石墨烯气泡的位置，通过所述原子力显微镜选定所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置。7.根据权利要求6所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，采用所述原子力显微镜的接触模式选择所述AFM导电探针置于所述石墨烯层上的位置，且在所述接触模式下给所述AFM导电探针施加所述预设电压。8.根据权利要求6所述的具有石墨烯气泡的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，设置所述原子力显微镜为自动模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄增峰，贾鹏飞，薛忠营，郑晓虎，张苗，王曦，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31