竖直石墨烯及其生长方法技术

本公开提供一种竖直石墨烯及其生长方法，该竖直石墨烯的生长方法包括：提供一基底，所述基底置于反应腔室；通入碳源并额外引入竖直方向的电场于所述反应腔室，以在所述基底表面进行气相沉积反应生长竖直石墨烯。通过向气相沉积反应体系引入竖直电场，使石墨烯可以严格沿竖直方向生长，得到完全垂直于基底的竖直石墨烯。该方法简单、高效，可实现快速生长竖直石墨烯。

Vertical graphene and its growth method

【技术实现步骤摘要】
竖直石墨烯及其生长方法
本公开涉及石墨烯领域，具体涉及一种竖直石墨烯及其生长方法。
技术介绍
化学气相沉积法(CVD)是用来生长石墨烯薄膜的常规方法，但由于受到生长温度高和生长速率慢的限制，科学家们提出了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统，利用等离子体发生源的引入，为碳源前驱体的分解提供了额外的能量，特别是在相对较低的温度下，甚至在催化能力低于金属基底的非金属基底上也能生长出质量较高的石墨烯。PECVD法常被用来生长竖直石墨烯。就等离子源的种类而言可以将PECVD分为微波等离子源MW-PECVD(UedaK.etal.Jpn.J.Appl.Phys.2005,44,2074)、射频等离子体源RF-PECVD(SatoG.etal.Jpn.J.Appl.Phys.2006,45,5210)及直流等离子体源DC-PECVD(KehanYuetal.NanoscaleRes.Lett.2011,5,202)。在这些方法中最常用的还是RF-PECVD，2004年MasaruHori组用六氟乙烷作为碳源，生长竖直石墨烯高度只有1～2μm(HoriM.etal.Appl.Phys.Lett.2004,84,4708)，在2005年他们用同样的方法8h制备竖直石墨烯厚度达1.5μm左右(HoriM.etal.Diam.Relat.Mater.2005,14,831)。2013年MianhengJiang课题组用甲烷作为碳源，1h生长竖直石墨烯高度达130nm(YangC.etal.J.Mater.Chem.A2013,1,770)。2011年D.M.Manos课题组用乙炔作为碳源在1000W功率下10min内生长竖直石墨烯高度达2μm(ManosD.M.etal.Carbon2011,49,2526)。而在2015年，HeeyeopChae课题组通过引入铜催化剂的方式用乙炔作为碳源，12min生长出270nm高的竖直石墨烯(ChaeH.etal.NanoscaleRes.Lett.2015,10,1019)。然而，整体而言利用RF-PECVD制备的石墨烯都不是严格意义上垂直于基底的竖直石墨烯，且该方法在竖直方向上生长石墨烯的速率较慢，因此以上提到的多种制备方法和结果都无法完全满足实用的需求。基于此，为了实现快速生长竖直石墨烯阵列，从而实现竖直石墨烯广泛的商业化应用，就要从制备过程角度出发，探究一种简洁高效的生长竖直石墨烯的方法，以解决现有技术中存在的问题。需注意的是，前述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种竖直石墨烯及其生长方法，通过向气相沉积反应体系中引入电场，在电场辅助作用下得到了完全垂直于基底的竖直石墨烯。该方法工艺简单、成本低且容易实现，有良好的工业应用前景。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：本公开提供一种竖直石墨烯的生长方法，包括提供一基底，基底置于反应腔室；通入碳源并引入竖直方向的电场于反应腔室，以在基底表面进行气相沉积反应生长竖直石墨烯。根据本公开的一个实施方式，电场强度不超过3000V/m。根据本公开的一个实施方式，碳源选自甲醇、乙醇和甲烷中的一种或多种。根据本公开的一个实施方式，气相沉积反应为等离子体增强化学气相沉积反应。根据本公开的一个实施方式，等离子体源的功率为100W～500W。根据本公开的一个实施方式，气相沉积反应的温度为550℃～750℃。根据本公开的一个实施方式，基底为硅片、石英、玻璃、铜箔或蓝宝石基底。根据本公开的一个实施方式，气相沉积反应前，对反应腔室抽低压，以使反应腔室的压力不超过10Pa。本公开提供一种竖直石墨烯，采用上述方法制备。由上述技术方案可知，本公开的有益效果在于：本公开提出了一种新的竖直石墨烯生长方法及用该方法生长的竖直石墨烯。通过向气相沉积反应体系中引入垂直于基底的竖直电场，使得石墨烯可以严格沿竖直方向生长，得到完全垂直于基底的竖直石墨烯。该方法简洁、高效且易于实现，可以实现快速生长竖直石墨烯阵列，从而实现竖直石墨烯广泛的商业化应用。附图说明以下附图用于提供对本公开的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。图1是本公开一实施方式的竖直石墨烯生长装置结构示意图；图2是图1装置中的支架的结构示意图；图3是图1装置中的第一套管的结构示意图；图4是本公开一实施方式的竖直石墨烯生长过程的示意图；图5A为实施例1的竖直石墨烯的SEM图；图5B为实施例1的竖直石墨烯的拉曼测试图；图5C为实施例1的竖直石墨烯的透射电镜图；图5D为实施例1的竖直石墨烯的XPS谱图；图6为实施例2的竖直石墨烯的SEM图；图7为实施例3的竖直石墨烯的SEM图；图8为实施例4的竖直石墨烯的SEM图；图9为实施例5的竖直石墨烯的SEM图；图10A为实施例6的竖直石墨烯的SEM图；图10B为实施例6的竖直石墨烯的拉曼测试图；图11为实施例7的竖直石墨烯的SEM图。其中附图标记如下：100：反应腔室200：支架201、202：侧板203：底座204，204’：承载组件2041，2041’：承载块300：上电极板302：下电极板3001、3021：导线400：封闭部401、402：通孔500：第一套管601、602：第二套管I：进气端II：封闭端h：间距具体实施方式体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。参阅图1，其代表性地示出了本公开提出的一示例性实施方式的竖直石墨烯生长装置结构示意图。本公开提出的竖直石墨烯生长装置结构示意图是以应用于结合等离子体气相沉积装置为例进行说明的，本领域技术人员容易理解的是，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竖直石墨烯的生长方法，包括：/n提供一基底，所述基底置于反应腔室；/n通入碳源并引入竖直方向的电场于所述反应腔室，以在所述基底表面进行气相沉积反应生长竖直石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种竖直石墨烯的生长方法，包括：
提供一基底，所述基底置于反应腔室；
通入碳源并引入竖直方向的电场于所述反应腔室，以在所述基底表面进行气相沉积反应生长竖直石墨烯。


2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述电场强度不超过3000V/m。


3.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述碳源选自甲醇、乙醇和甲烷中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述气相沉积反应为等离子体增强化学气相沉积反应。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦，许世臣，孙阳勇，高振飞，罗家俊，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院，北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11