一种石墨烯包覆的电子化合物制备方法及薄膜制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯包覆的电子化合物制备方法，石墨烯包覆的电子化合物制备方法步骤如下：(1)称取Ca源和Al源的化合物，混合Ca源和Al源，获得混合物；(2)将所述混合物置入有机溶剂内，搅拌使所述混合物充分与所述有机溶剂混合均匀，获得澄清透明溶液(3)将透明溶液置入到高压反应容器内，并将所述高压反应容器置于坩埚炉中，400

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯包覆的电子化合物制备方法及薄膜制备方法


[0001]本专利技术涉及一种石墨烯包覆的电子化合物制备方法和一种石墨烯包覆的电子化合物薄膜制备方法。

技术介绍

[0002]电子化合物是一种特殊的离子
‑
固体材料，其中电子化合物[Ca
24
Al
28
O
64
]4+
(e
‑
)4，简写为C12A7:e
‑
是一种具有高导电性的功能材料，参考图4，是由空穴捕获电子占据固体中的晶体位置，充当最小的阴离子，其在显示器、燃料电池和传感器等方面具有广泛的应用。
[0003]作为一种轻金属氧化物，纯钙铝石C12A7是一种具有高透明度的优良绝缘体，可用于结构和光学应用。它还被研究为氧化物离子导体，由于其绝缘体性质，在传感器、氧泵和仪表中均有潜在的应用。Hosono等利用光诱导钙铝石C12A7转化为导体C12A7:e
‑
，并制备了导电率为1S/cm的C12A7:e
‑
薄膜，在可见光范围内传输损耗小于1％。他们首次将C12A7:e
‑
作为透明导电氧化物(TCOs)家族的新成员，开辟了基于TCO电子学的新前沿。相比于普通的半导体(如硅)转化为金属时，电子迁移率将随电子浓度的增加而降低，C12A7的情况相反其电子迁移率将随电子浓度的增加而升高，这是由于C12A7:e
‑
具有笼状结构，O2‑
离子随机分布在12个笼状结构中，且笼的直径比O2‑
的直径大约50％，当载流子浓度上升时，可以有效地提高导电能力，甚至可以作为超导体。迄今为止，有报道称C12A7:e
‑
的电子浓度理论值为Ne～2.3
×
10
21
cm
‑3和最大电导率约为1500S/cm。
[0004]虽然C12A7的优点是其前驱体的高度天然和丰富性。但C12A7的绝缘体
‑
金属转化的条件苛刻，产率低。第一种报道的制备C12A7:e
‑
的方法是在1300℃高温下对C12A7材料进行热处理，接着使用能量为3.8
‑
4.5eV的紫外光照射，将H
‑
引入笼中，提高其导电性。迄今为止用于合成C12A7:e
‑
的所有其他方法都是基于从笼中去除游离氧，包括Ca/Ti蒸汽处理、熔融凝固/玻璃工艺和在CO/CO2气体中还原处理。微观结构研究可知，游离氧离子与笼壁Ca
2+
的距离比CaO晶体尺寸大50％左右，C12A7分子的萃取能为+212.5kJ/mol，CaO晶体萃取能为+635kJ/mol，C12A7分子的萃取能是CaO晶体萃取能的1/3，导致C12A7:e
‑
的产率低。
[0005]电子材料已被证明在各种应用方面有很大潜力。然而，C12A7:e
‑
电子材料的制造仍然困难和复杂，现有的材料合成方法一般需要较高温度，或者容易产生易燃易爆气体，或者步骤繁杂，因此迫切需要开发出一种简单、省时省力、高性价比、易于规模化生产的合成方法。

技术实现思路

[0006]为了克服现有的技术的不足，本专利技术提供了一种石墨烯包覆的电子化合物制备方法。
[0007]本专利技术技术方案如下所述：
[0008]所述石墨烯包覆的电子化合物制备方法步骤如下：
[0009](1)称取Ca源和Al源化合物，混合所述Ca源和所述Al源，获得混合物；
[0010](2)将所述混合物置入有机溶剂内，搅拌使所述混合物充分与所述有机溶剂混合均匀，获得澄清透明溶液；
[0011](3)将所述透明溶液置入到高压反应容器内，并将所述高压反应容器置于坩埚炉中，400
‑
700℃高温加热，获得石墨烯包覆的电子化合物。
[0012]进一步地，在一实施例中，所述混合物中还包括掺杂源，所述掺杂源为包含V、Sn、Si、Cu和Ga元素中的至少一种的化合物，混合所述Ca源、所述Al源和所述掺杂源获得所述混合物。
[0013]进一步地，在一实施例中，所述有机溶剂为乙二醇，乙醇胺和二乙醇胺中的一种或两种。
[0014]进一步地，在一实施例中，所述混合物与所述有机溶剂使用磁力搅拌器搅拌混合，混合温度为20～100℃，混合时间为12
‑
24h。
[0015]进一步地，在一实施例中，所述混合溶液所使用的反应容器为高压反应釜。
[0016]进一步地，在一实施例中，所述坩埚炉的升温速率为1
‑
10℃/min。
[0017]进一步地，在一实施例中，所述坩埚炉高温加热时间为1
‑
3h。
[0018]进一步地，在一实施例中，所述获得石墨烯包覆的电子化合物步骤后，当所述石墨烯包覆的电子化合物为棕色或浅灰色时，还包括如下步骤：
[0019]将所述石墨烯包覆的电子化合物置入刚玉舟中后放入管式炉中，管式炉中充满惰性气体、升温至650
‑
750℃，并保温1
‑
3h，后降温至室温，获得黑色的导电性电子化合物粉末。
[0020]本专利技术还提供了一种石墨烯包覆的电子化合物薄膜制备方法，所述石墨烯包覆的电子化合物薄膜制备方法步骤如下：
[0021](1)研磨上述制备获得的石墨烯包覆的电子化合物，获得粉末状石墨烯包覆的电子化合物；
[0022](2)高压将粉末状石墨烯包覆的电子化合物压制成靶材；
[0023](3)将所述靶材放入管式炉中，惰性气体氛围下高温退火，以提高靶材密度；
[0024](4)退火后的靶材通过磁控溅射法，制备获得透明的石墨烯包覆的电子化合物薄膜。
[0025]进一步地，在一实施例中，所述管式炉的升温速率为1
‑
5℃/min，所述高温退火的退火温度为550
‑
650℃，退火时间为0.5
‑
2h。
[0026]进一步地，在一实施例中，所述惰性气体为N2或Ar。
[0027]进一步地，在一实施例中，所述靶材的尺寸为3寸，所述靶材的相对密度为99.5％。
[0028]根据上述方案的本专利技术，其有益效果在于：
[0029](1)、相比于一般的溶液法，需要在1000℃左右的高温下实现C12A7:e
‑
电子化合物的制备，本专利技术中使用的水热法，利用了高压反应釜提供的高温高压，实现了在低温400
‑
700℃下制备具有高导电率、高载流子浓度的C12A7:e
‑
电子化合物。方法步骤简单，反应条件控制方便，操作简单，省时省力。反应温度控制在700℃及以下，能够大幅度降低能耗，节约成本，同时降低生产的危险性。
[0030](2)、本专利技术一步即可实现在电子化合物材料C12A7:e
‑
上实现石墨烯的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯包覆的电子化合物制备方法，其特征在于，所述石墨烯包覆的电子化合物制备方法步骤如下：(1)称取Ca源和Al源化合物，混合所述Ca源和所述Al源，获得混合物；(2)将所述混合物置入有机溶剂内，搅拌使所述混合物充分与所述有机溶剂混合均匀，获得澄清透明溶液；(3)将所述透明溶液置入到高压反应容器内，并将所述高压反应容器置于坩埚炉中，400
‑
700℃高温加热一段时间，获得石墨烯包覆的电子化合物。2.根据权利要求1所述的石墨烯包覆的电子化合物制备方法，其特征在于，所述石墨烯包覆的电子化合物原料还包括掺杂源，所述掺杂源为包含V、Sn、Si、Cu和Ga元素中的至少一种的化合物；混合所述Ca源、所述Al源和所述掺杂源获得所述混合物。3.根据权利要求1所述的石墨烯包覆的电子化合物制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇，乙醇胺和二乙醇胺中的一种或两种。4.根据权利要求1所述的石墨烯包覆的电子化合物制备方法，其特征在于，所述混合物与所述有机溶剂搅拌混合的温度为20～100℃，混合时间为12
‑
24h。5.根据权利要求1所述的石墨烯包覆的电子化合物制备方法，其特征在于，所述高压反应容器为高压反应釜。6.根据权利要求1所述的石墨烯包覆的电子化合物制备方法，其特征在于，所述坩埚炉的升温速率为1
‑
10℃/min。7.根据权利要求1所述的石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：卿笃安，尹金德，黎年赐，卡里姆，
申请(专利权)人：深圳市诺安智能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：