本发明专利技术提出了一种无需衬底转移的制备石墨烯的方法，该方法通过在一衬底上沉积催化金属层，然后利用离子注入技术将碳离子注入所述催化金属层中形成一碳原子饱和面，控制注入的能量使该碳原子饱和面位于靠近所述衬底与催化金属层界面的位置，然后对所述衬底进行高温退火，在所述催化金属层与衬底界面析出碳原子层即为石墨烯薄膜，最后去除所述催化金属层，从而在所述衬底上的制备出石墨烯薄膜。该方法简化了制备石墨烯的工艺步骤，可以无需转移的直接在任何衬底上制备石墨烯，从而不会造成石墨烯结构的破坏和污染，实现了高质量石墨烯直接在所需衬底上的应用，因此该制备方法将能更快地推动石墨烯在不同领域的广泛应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种石墨烯的制备方法，特别是涉及，属于石墨烯的合成和纳米材料
技术介绍
2004年，英国曼彻斯特大学的物理学教授安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov)用一种极为简单的微机械剥离的方法(Micromechanical Cleavage)成功地将石墨层剥离，并观测到了自由且稳定存在的单晶层石墨片，这种可以单独存在的_■维有序碳材料被科学家们称为石墨稀。两人也因为在石 墨烯领域的开创性研究而获得2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯中载流子迁移率高达2X 105cm2 · V'其迁移率远远高于半导体行业中大规模应用的硅材料，被认为是未来纳米电子器件中硅的替代者。石墨烯在微电子、新能源、信息技术等领域的应用非常广泛。通常，石墨烯的合成方法主要有两种机械方法和化学方法。机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法；化学方法是化学还原法与化学解理法。微机械分离法缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本；取向附生法-晶膜生长，采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性；加热碳化硅SiC法，该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层。具体过程是将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至125(T145(TC后恒温lmirT20min，从而形成极薄的石墨层，经过几年的探索，Berger等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯。其厚度由加热温度决定，制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。近来，研究人员利用化学气相沉积工艺制备石墨烯，例如专利号为200810113596. O的专利文件通过该方法制备了石墨烯，该方法由于要控制催化剂在衬底上的均匀沉积，制备方法复杂，成本高。对于在金属基体上生长的石墨烯，生长后能否高质量地将石墨烯从金属基体转移到其它衬底上是实现其在不同领域应用的前提。但现有转移方法大多是在金属上制备的石墨烯表面旋涂一层厚度均匀的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄层，先将金属腐蚀后，将PMMA/石墨烯附着于所需的衬底上，最后再去除PMMA。在转移的过程中会造成石墨烯结构的破坏和污染，尤其不适合化学稳定性强的贵金属上石墨烯的转移。Slaven Garaj等人(graphenesynthesis by ion implantation, APPLIED PHYSICS LETTERS 97，183103，2010)利用离子注入的方法在金属层表面制备石墨烯，通过控制注入碳离子的不同的剂量，可以制备出不同层数的石墨烯，但是该种方法避免不了将石墨烯从金属基体转移到其它衬底上以用于不同的领域，在转移的过程中同样会造成石墨烯结构的破坏和污染。鉴于上述石墨烯制备方法的缺点，本专利技术提出了，不但简化石墨烯的工艺步骤，可以无需转移的直接在任何衬底上制备石墨烯。该方法不会造成石墨烯结 构的破坏和污染，实现了高质量石墨烯直接在所需衬底上的应用，因此该制备方法将能更快地推动石墨烯在不同领域的广泛应用。
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，用于解决现有技术中制备工艺复杂、需要衬底转移以及在衬底转移中造成石墨烯结构的破坏和污染的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供，至少包括以下步骤I)提供一衬底，在所述衬底上沉积一催化金属层；2)利用高能离子注入技术在所述催化金属层中注入碳离子形成碳原子饱和面，并使所述碳原子饱和面位于所述催化金属层中预设的深度；3)将所述衬底放置于一可加热的真空管中，然后将所述真空管内的压强抽真空至第一压强；4)向所述真空管中通入一定比例的混合气体作为保护气氛，并使所述真空管中的压强升至第二压强时，在所述保护气氛下对所述衬底进行高温退火处理；5)将所述催化金属层腐蚀掉，即可在所述衬底上制得石墨烯薄膜。可选地,所述催化金属层的材质为Cu、Ni、Co、Ir、Rut、Pt中的一种,所述催化金属层的厚度为180nm。可选地，所述衬底为SiO2或八1203。可选地，所述离子注入的能量为90kev 120kev,所述碳原子饱和面位于所述催化金属层的深度为120nm 160nm,所述注入碳离子的剂量为3. 0E15ions/cm2。可选地，所述第一压强为I. 3E_2Pa，第二压强为大气压强。可选地，通入的混合气体包含H2和Ar’且通过的气体的流量分别为2sccm和200sccmo可选地，所述高温退火的过程为对所述衬底进行加热至900°C 1000°C，保持恒温30min，然后将其迅速冷却至室温。如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果本专利技术提出了，不但简化石墨烯的工艺步骤，可以无需转移的直接在任何衬底上制备石墨烯。该方法不会造成石墨烯结构的破坏和污染，实现了高质量石墨烯直接在所需衬底上的应用；此外，利用离子注入技术制备石墨烯，对催化金属薄膜溶解碳的能力没有要求，因此利用该方法可以在不同的衬底上制备石墨烯，本专利技术将能更快地推动石墨烯在不同领域的广泛应用。附图说明图I显示为本专利技术中在衬底上沉积催化金属层厚的工艺截面示意图。图2显示为本专利技术中在催化金属层注入碳离子后的工艺截面示意图。图3显示为本专利技术中对衬底高温退火后在所述衬底与催化金属层界面形成石墨烯薄膜的工艺截面示意图。图4显示为本专利技术中最终在衬底上形成石墨烯薄膜的工艺截面图。元件标号说明I 衬底2 催化金属层3 碳原子饱和层4 石墨烯薄膜C+ 碳离子具体实施例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I、图2a至图2b、以及图3至图4。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，遂图式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型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。下面结合说明书附图进一步说明本专利技术提供的一种无需衬底转移的石墨烯的制备方法，为了示出的方便附图并未按照比例绘制，特此述明。如图I、图2a_2b、图3至图4所示，本专利技术提供一种无需衬底转移的石墨烯的制备方法，包括以下步骤步骤一如图I所不，在一衬底上沉积一催化金属层，所述衬底可以为SiO2或Al2O3等，本实施例优选为SiO2衬底，但并不限于此，可以根据所述制备的石墨烯的用途选择不同的衬底类型。然后在所述衬底上蒸镀一层催化金属层，所蒸镀的所述催化金属层的厚度180nm，此厚度根据需要可以调整，本专利技术并不限于该厚度；所述催化金属层的材质可以为Cu、Ni、Co、Ir、Rut、Pt等中的一种,本实施例中优选为Ni,但不限于此。步骤二 如图2a_2b所示，利用高能离子注入技术在所述催化金属层中注入碳离子形成碳原子饱和面，并使所述碳原子本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：狄增峰，王刚，张苗，陈达，丁古巧，谢晓明，
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：
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