多层石墨烯及其生长方法技术

提供一种多层石墨烯的生长方法，包括如下步骤：S1，通过气相沉积在基底上形成石墨烯核；及S2，改变生长条件，继续生长，形成多层石墨烯。本发明专利技术的生长方法由于引入对生长条件的扰动，使第二层(或随后的更多层)石墨烯层的成核位点偏离第一层(或其前一层)石墨烯的成核位点，有效地减少了前一层石墨烯对接下来形成的一层石墨烯生长的诱导效应，能够获得非平凡扭转角的多层石墨烯，为进一步探索其能带结构以及这种新材料在电子、光电子以及催化方面的应用提供了便利。用提供了便利。用提供了便利。

【技术实现步骤摘要】
多层石墨烯及其生长方法


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种多层石墨烯的生长方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种由碳原子经sp2杂化形成的单层或少层的二维晶体材料，具有优异的电学、光学和力学性质。自从被发现以来一直广受科学界和产业界的特别重视。若干层石墨烯堆垛时，层间相互作用将带来诸多新的特性。根据不同层的石墨烯碳原子的相对位置关系可分为有序堆垛和无序堆垛。对于有序堆垛的双层或多层石墨烯，层间的耦合作用很强，从而导致石墨烯本身线性的能量-动量色散关系变成抛物线型；无序堆垛的石墨烯层间的晶格发生了一定的扭转，其相互耦合的强度和扭转角度有一定关系，富含更多的物理特性而引起科学家广泛的兴趣。
[0003]化学气相沉积法在目前多种制备方法中是最有潜力实现高质量石墨烯的方法。目前CVD生长双层或多层石墨烯的方法中，主要有如下几种方法：1)利用镍对碳的溶解和析出作用，使用镍或铜镍合金实现双层或多层石墨烯的生长；2)利用高温催化裂解下的碳碎片生长于已有的石墨烯之上，形成双层或多层；3)在一定生长条件下，裂解的碳物种“钻”进石墨烯与衬底之间，形成双层或多层石墨烯。目前，采用上述几种石墨烯的生长策略所发展生长方法中，所形成的双层或多层石墨烯层间相对取向多为AB堆垛。扭转角度的单一限制了对双层石墨烯性质的全面探索。因此，找到生长拥有非平凡扭转角的双层或多层石墨烯的技术方法是有意义的。

技术实现思路

[0004]为了克服上述缺陷，提供一种多层石墨烯的生长方法及通过该方法形成的多层石墨烯。
[0005]本专利技术提供一种多层石墨烯的生长方法，包括如下步骤：S1，通过气相沉积在基底上形成石墨烯核；及S2，改变生长条件，继续生长，形成多层石墨烯。
[0006]根据本专利技术的一实施方式，在所述S1和S2步骤中的还原性气体为氢气、碳源气体分别独立地选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烷中的一种或多种。
[0007]根据本专利技术的另一实施方式，在所述S1和S2步骤中的所述碳源气体均为甲烷。
[0008]根据本专利技术的另一实施方式，在所述S1步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为40-2500、在所述S2步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为50-5000；且所述S2步骤中的所述碳源气体分压高于所述S1步骤中的所述碳源气体分压、所述S2步骤中的所述还原性气体分压高于所述S1步骤中的所述还原性气体分压；优选，在所述S1步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为100-2000、在所述S2步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为200-2000；且所述S2步骤中的所述碳源气体分压高于所述S1步骤中的所述碳源气体分压、所述S2步骤中的所述还原性气体分压高于所述S1步骤中的所述还原性气体分压。
[0009]根据本专利技术的另一实施方式，在所述S1步骤中的生长时间为10s-30min；在所述S2步骤中的生长时间为1min-200min。
[0010]根据本专利技术的另一实施方式，在所述S1步骤中，所述基底选自二氧化硅-硅基底、玻璃、塑料、云母、铜箔、碳膜铜网中的一种或多种。
[0011]根据本专利技术的另一实施方式，在所述S2步骤中，所述改变生长条件包括：改变生长温度、改变碳源气体种类、改变还原性气体种类、改变碳源气体流量、改变还原性气体流量、改变碳源气体分压、改变还原性气体分压、引入其他气体组中的一种或多种。
[0012]根据本专利技术的另一实施方式，所述其他反应气体是水蒸气、二氧化碳中的一种或多种。
[0013]根据本专利技术的另一实施方式，在所述S2步骤之后还包括：S3，再次改变生长条件，继续生长形成多层石墨烯；在所述方法中所述S3步骤至少进行一次。
[0014]根据本专利技术的另一实施方式，所述多层石墨烯是堆叠2-10层的石墨烯。
[0015]本专利技术还提供一种通过上述方法制备的多层石墨烯。
[0016]本专利技术的生长方法由于引入对生长条件的扰动，使第二层(或随后的更多层)石墨烯层的成核位点偏离第一层(或其前一层)石墨烯的成核位点，有效地减少了前一层石墨烯对接下来形成的一层石墨烯生长的诱导效应，能够获得非平凡扭转角的多层石墨烯，为进一步探索其能带结构以及这种新材料在电子、光电子以及催化方面的应用提供了便利。
附图说明
[0017]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0018]图1是本专利技术的多层石墨烯的生长方法流程示意图。
[0019]图2是实施例1形成的双层石墨烯的光学照片。
[0020]图3是实施例2形成的双层石墨烯的光学照片。
[0021]图4是实施例2形成的双层石墨烯的光学照片。
[0022]图5是实施例1形成的双层石墨烯的高分辨透射电镜照片和选区电子衍射图样。
[0023]图6是对比例1形成的双层石墨烯的光学照片。
[0024]图7是单层石墨烯、实施例1形成的双层石墨烯和对比例1形成的双层石墨烯拉曼图谱对比图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
[0026]本专利中所述“多层石墨烯”是指堆叠2层以上的石墨烯。
[0027]本专利技术的多层石墨烯的生长方法，包括如下步骤：S1，通过气相沉积在基底上形成石墨烯核；S2，改变生长条件，继续生长形成多层石墨烯。
[0028]在S1步骤中，通过化学气相沉积在基底上成核。本专利中所述“成核”是指，通入碳源后所裂解的碳物种开始形成石墨烯的小岛。
[0029]在S1和S2步骤中的还原性气体为氢气、碳源气体分别独立地选自甲烷、乙烷、乙
烯、乙炔、乙醇、丙烷中的一种或多种。
[0030]在S2步骤中，改变生长条件包括：改变生长温度、改变碳源气体种类、改变还原性气体种类、改变碳源气体流量、改变还原性气体流量、改变碳源气体分压、改变还原性气体分压、引入其他气体组中的一种或多种。
[0031]在S2步骤中，引入的其他气体是不影响石墨烯形成、不产生杂质、不与反应气体和石墨烯反应的气体。可以是二氧化碳、水蒸气等。
[0032]以下以在S1和S2步骤中的碳源气体均为甲烷，还原性气体为氢气、改变生长条件为改变碳源气体和还原气体的分压为例，解释说明本专利技术的专利技术构思。
[0033]当在S1和S2步骤中碳源气体为甲烷、还原性气体为氢气时，在所述S1步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为40-2500、在所述S2步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为50-5000；且S2步骤中的碳源气体分压高于S1步骤中的碳源气体分压、S2步骤中的还原性气体分压高于S1步骤中的还原性气体分压。通过控制碳源气体和还原性气体的流量来控制气体的分压，碳源气体和还原性气体的流量根据不同的CVD体系选择合适的流量，例如根据反应腔体的大小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层石墨烯的生长方法，包括如下步骤：S1，通过气相沉积在基底上形成石墨烯核；及S2，改变生长条件，继续生长，形成多层石墨烯。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，在所述S1和S2步骤中的还原性气体为氢气、碳源气体分别独立地选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烷中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，在所述S1和S2步骤中的所述碳源气体均为甲烷。4.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，在所述S1步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为40-2500、在所述S2步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为50-5000；且所述S2步骤中的所述碳源气体分压高于所述S1步骤中的所述碳源气体分压、所述S2步骤中的所述还原性气体分压高于所述S1步骤中的所述还原性气体分压；优选，在所述S1步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为100-2000、在所述S2步骤中所述还原性气体与所述碳源气体的分压比为200-2000；且所述S2步骤中的所述碳源气体分压高于所述S1步骤中的所述碳源气体分压、所述S2步骤中的所述还原性气体分压高于所述S1步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠范，彭海琳，孙禄钊，钟山，李杨立志，王悦晨，余屹，陈步航，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：