【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石墨烯材料生长领域。涉及到在常压下，通过化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯及其转移的方法。
技术介绍
1、石墨烯是由单层碳原子组成的六角蜂巢晶格结构，其电子结构十分独特，布里渊区拥有六个顶点(即狄拉克点，也可以称之为k点)，其导带与价带以狄拉克点为对称中心，在k点处，石墨烯的能带结构和波矢呈线性关系。其独特的晶格结构和电子结构使得石墨烯具有非常多优异的物理和电学性能，包括高迁移率、高透过率，高机械强度以及大的比表面积等。因此石墨烯成为制备柔性显示器和光电器件的优良材料。目前石墨烯的制备方法包括机械剥离法、氧化还原法、碳化硅外延生长法、化学气相沉积法、氧化还原法等等，其中化学气相沉积法制备的石墨烯层数均一，成本低且质量良好。
2、近年来，采用化学气相沉积的方法，实现在各种金属衬底上制备出了石墨烯，特别是在铜衬底上。由于铜箔衬底独特的“自限制生长”机理，所以在铜箔衬底上很容易获得石墨烯。目前为止，传统的化学气相沉积法制备石墨烯是采用的在固态铜上生长石墨烯，载气为氢氩混合气，生长碳源为甲烷等方案，但仍然存在诸多问题，由于铜晶界处存在不均匀成核和不可控碳沉淀的缺点，导致晶粒质量低，石墨烯层数不均匀，而且制备的石墨烯一般是多晶膜，其各个晶粒之间的晶界降低了石墨烯优异的物理化学性能。所以，采用在固态铜上生长石墨烯就会对固态铜表面处理相当严格才行。然而，我们的研究目标是制备出高质量、均匀、大面积的石墨烯单晶。使用单晶金属衬底可以实现均匀单层石墨烯的生长，但价格昂贵且产率有限。与表面形貌丰富的固态衬底不同，液态衬底的准
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯及其转移的方法。该方法采用化学气相沉积(cvd)的方法，以铜箔为衬底，甲烷为碳源，氢氩混合气体为载气，通过使生长温度高于铜箔融化温度，铜箔融化温度为1084℃，利用液态铜的准光滑和流变表面，解决因铜晶界处存在不均匀成核和不可控碳沉淀的缺点，导致石墨烯晶粒质量低，尺寸小且层数不均匀等问题。并通过调整生长时间和氢氩气体流量在液态铜箔衬底上生长少层、大面积、高质量石墨烯的方法，并用湿法转移将石墨烯从铜箔表面转移到si/sio2基底表面。最终制备出石墨烯单晶，并由拉曼光谱测得几乎无缺陷峰，证明生长的石墨烯具有较高的结晶质量和较高的应用价值。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，该方法包括如下步骤：
4、s1、将铜箔和钨箔分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～20min，然后用氮气吹干；
5、s2、将铜箔放置在钨箔上，钨箔作为铜熔化时的支撑，并将两者放入石英舟中，推入管式炉内加热区域并抽真空至9～8.5e-1pa；
6、s3、在混合气氛下，将温度升高到1100℃～1200℃下退火，并保持温度退火30～40min，使铜箔为熔融态；
7、所述的混合气氛为氢气和氩气，氢气与氩气的体积比为5～50：100～200。
8、所述的升温时间为55～65min；
9、s4、保持上一步的气氛和温度下，向管式炉通入ch4气体10～90min；然后将ch4气体关闭，自然冷却至室温，在铜箔衬底上可获得的少层石墨烯薄膜；
10、ch4流量为1～5sccm；
11、所述的少层为1～3层。优选为2层。
12、所述的石墨烯薄膜的面积为0.25cm2～1cm2；
13、s1中所述的铜箔衬底厚度为250μm～300μm。
14、所述方法制得的石墨烯薄膜的转移方法，该方法包括如下步骤：
15、(1)、通过旋涂仪将pmma旋涂在沉积有石墨烯薄膜的铜箔衬底上；
16、其中，旋涂仪参数为1000～1500r/min旋转1～5s，然后2500～3000r/min旋转55～60s；
17、(2)、将旋涂有pmma的石墨烯/铜箔晾干；
18、(3)、将铜箔衬底没有旋涂上pmma的区域去除，得到pmma/石墨烯/铜箔；
19、(4)、将pmma/石墨烯/铜箔浸泡在fecl3溶液中，直至铜箔被刻蚀殆尽，pmma/石墨烯完全脱离下来，得到pmma/石墨烯；
20、所述的fecl3溶液的浓度为0.1～0.5mol/l；刻蚀的时间为24h～72h；
21、(5)、将pmma/石墨烯浸泡在去离子水中清洗；
22、(6)、将清洗后pmma/石墨烯铺在第二衬底上，自然干燥；
23、(7)、将上步得到的铺有pmma/石墨烯的第二衬底在55～65℃下加热20～30分钟，使pmma/石墨烯与第二衬底贴合；
24、(8)、待上步得到的产品自然冷却后，将其浸泡在丙酮中，将pmma清洗掉；
25、(9)、丙酮浸泡结束后，再用异丙醇浸泡，最后取出用氮气吹干，得到转移第二衬底上的石墨烯薄膜。
26、所述的第二衬底的材质为si/sio2、tpu或pet。
27、本专利技术的实质性特点为：
28、本专利技术中，首先在1100℃～1200℃下将铜箔熔融，然后通过化学气相沉积的方法在液态铜箔衬底上生长石墨烯。
29、本专利技术在高温退火保持一段时间，这是因为铜箔刚刚融化成液态铜，此时如果说直接通入甲烷进行石墨烯生长，由于铜箔此时存在大量晶界、台阶等粗糙度较大区域则石墨烯晶格会有很多缺陷，保持生长温度不变，先进行退火处理，这时候铜箔会完全融化成液态铜，这样再通入甲烷进行石墨烯的生长会大大降低石墨烯晶格的缺陷数量。此外，退火处理还可以促进石墨烯与液态铜底层之间的相互作用和结合，从而提高石墨烯在液态铜表面的附着力和稳定性，可以有效提高石墨烯的质量和性能，使其更适合应用于实际场景中。
30、由于铜箔衬底独特的“自限制生长”机理，所以在铜箔衬底上很容易获得大面积石墨烯。通过调节气体流量、生长温度和生长时间，在液态铜箔表面可以得到大面积、层数较少、高质量的石墨烯薄膜，而且石墨烯薄膜可以在短时间制备完成并能达到原子级平整，这就为生长高质量石墨烯薄膜提供了一个方法前提；
31、其次，石墨烯独特的晶格结构和独特的能带结构赋予了其许多优异的性能，例如高的载流子迁移率、超高电导率、优异的热学性能和光学性能，因此，石墨烯可以设计各种稳定的光电器件和制造多种范德瓦尔斯异质结。本专利技术通过石墨烯湿法转移技术，将石墨烯薄膜从基底上面剥离下来，转移到更适合特定应用的基底上。
32、本专利技术的有益效果为：
33、优异的晶体质量：化学气相沉积法在液态铜上生长石墨烯可以得到高质量的晶体。液态铜作为底部衬底可以提供均匀的热量传递和稳定的环境本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，其特征为该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，其特征为所述的升温时间为55～65min。
3.如权利要求1所述的化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，其特征为所述的混合气氛为氢气和氩气，氢气与氩气的体积比为5～50：100～200。
4.如权利要求1所述的化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，其特征为所述的少层为1～3层。
5.如权利要求1所述的化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，其特征为所述的石墨烯薄膜的面积为0.25cm2～1cm2。
6.如权利要求1所述方法制得的石墨烯薄膜的转移方法，其特征为该方法包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的转移方法，其特征为所述的第二衬底的材质为Si/SiO2、TPU或PET。
【技术特征摘要】
1.一种化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，其特征为该方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，其特征为所述的升温时间为55～65min。
3.如权利要求1所述的化学气相沉积法制备少层大面积石墨烯的方法，其特征为所述的混合气氛为氢气和氩气，氢气与氩气的体积比为5～50：100～200。
4.如权利要求1所述的化学气相...
【专利技术属性】
技术研发人员：李栋婵，窦富良，李军，冯志红，李诚达，张伟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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