一种氮化硼-石墨烯复合材料结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种氮化硼-石墨烯复合材料结构，其包含两个单层氮化硼膜（8；10）和一个单层或多层石墨烯膜（9），其中所述石墨烯膜（9）位于两个氮化硼膜（8；10）之间。所述复合材料结构能够在不提高载流子密度的前提下，显著提高石墨烯的电导率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种氮化硼-石墨烯复合材料结构
本技术涉及一种氮化硼-石墨烯复合材料结构。
技术介绍
石墨烯具有优异的电学性能，且价廉易得，对环境友好，因此在透明电极领域展示出诱人的前景。然而，石墨烯膜被转移到某些基底(例如，石英、玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料)上后，其电学性能有明显的下降，从而限制了石墨烯膜在某些透明电极(例如，电子纸和发光二极管)中的应用。最近研究表明，将石墨烯放置在六方结构氮化硼(即h-BN)基底上的情况下，其导电性(更具体而言为载流子迁移率)有明显的提高。但这种六方结构氮化硼膜/石墨烯膜复合材料在有些情况下仍不能满足导电性的需求。
技术实现思路
为进一步提高石墨烯的电导率，本技术提供了一种氮化硼-石墨烯复合材料结构，其包含两个单层氮化硼膜和一个单层或多层石墨烯膜，其中所述石墨烯膜位于两个氮化硼膜之间。在一个优选实施方案中，上述氮化硼-石墨烯复合材料结构还包含一个绝缘基底，该绝缘基底贴覆于其中一个氮化硼膜上。本技术的氮化硼-石墨烯复合材料结构能够在不提高载流子密度的前提下，显著提高石墨烯的电导率。附图说明本技术的上述及其他的方面、优点和特征将通过附图进一步说明，各附图中相同的附图标记代表相同的组成部分。图1为本技术的氮化硼-石墨烯复合材料结构的一个示意图。图2为本技术一个实施方案的石墨烯膜转移的一个流程示意图。图3为本技术一个实施方案的氮化硼-石墨烯复合材料结构的制备过程。具体实施方式在本技术中，除非另有指明，术语“氮化硼(或氮化硼膜)”是指六方结构氮化硼(或氮化硼膜)。下文将结合附图对本技术作进一步详细说明。但应理解的是，所述附图仅为示例性的，不应解释为限制本技术的范围。本技术提供了一种氮化硼-石墨烯复合材料结构，其包含两个单层氮化硼膜和一个单层或多层石墨烯膜，其中所述石墨烯膜位于两个氮化硼膜之间，即该复合材料结构为氮化硼膜/石墨烯膜/氮化硼膜。所述石墨烯膜为1-20层，优选1-10层，更优选1-5层。图1展示了本技术的氮化硼-石墨烯复合材料结构的一个示意图，其中该结构由两个单层氮化硼膜8和10和一个夹在这两个氮化硼膜之间的单层或多层石墨烯膜9组成。氮化硼膜8和10可使用镀覆法、化学气相沉积(CVD)法和物理气相沉积(PVD)法(例如溅射法)而制备，但不限于这些方法。优选由CVD法制备。石墨烯膜9可由微机械分离法、化学剥离法、取向附生法、加热碳化硅(SiC )法、CVD法和还原氧化法制备，但不限于这些方法。优选由CVD法制备。在一个具体的实施方案中，由CVD法生长石墨烯膜的典型过程如下:将铜箔I在氩气和氢气环境下(其中Ar:约95体积份，H2:约5体积份)KKKTC预热处理1.5小时。然后通入甲烷，进行约20分钟的碳分解，从而生长出石墨烯膜。生长过程中第一步将通过气体流量和压力来控制石墨烯的成核密度，第二步再加大气体流量来获得连续均匀的单层石墨烯膜。在另一个具体的实施方案中，由CVD法生长氮化硼膜的典型过程如下:使用氨基硼烧(aminoborane)作为氮和硼的来源,在1000°C温度下由CVD法在金属箔表面生长出氮化硼膜。石墨烯膜的层数可通过调节生长温度和气氛浓度来控制，因此可以根据需要，来生成合适层数的石墨烯膜。在本技术复合材料结构中，氮化硼膜8和10的厚度为0.5_500nm，优选0.5-50nm,更优选0.5_5nm ;石墨烯膜9的厚度为0.35-lOnm,优选0.35_3nm。更优选0.35-2.1nm0石墨烯膜和氮化硼膜之间以及多个石墨烯膜之间可以通过压制或抽真空而结合在一起。所述氮化硼膜和石墨烯膜可为正方形、长方形等任何适宜的形状。并且优选它们的大小与形状是相互匹配的。优选地，本技术的氮化硼-石墨烯复合材料结构还包含一个绝缘基底，该绝缘基底贴覆于其中一个氮化硼膜上。优选地，所述绝缘基底是透明的。所述绝缘基底可为无机绝缘材料、有机绝缘材料、及由这两种材料经过加工制成的混合绝缘材料。常用的无机绝缘材料有:云母、石棉、大理石、陶瓷、玻璃等。有机绝缘材料有:虫I父、树脂、橡I父等。对所述绝缘基底的厚度无特别要求，只要其足以支撑所述复合材料结构即可。在本技术的一个实施方案中，所述贴覆可按如下过程进行:将待贴覆的膜放Λ FeCl3中，膜由于表面张力而平铺于FeCl3的表面，用玻璃基底将其从FeCl3中捞起并使之平整无间隙地紧密贴覆于该基底表面；用同样的方法，可以在贴覆有膜的基底上再贴覆一个或多个膜。图2为本技术一个一个实施方案的石墨烯膜转移的一个流程示意图。在该实施方案中，在通过气相沉积法生成于铜箔I上的石墨烯膜的一个暴露表面4上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(ΡΜΜΑ)5的保护层，以防止在石墨烯膜转移过程中，铜箔被腐蚀后，石墨烯膜失去支撑而坍塌。用氧进行等离子体刻蚀，除去铜箔上的另一个表面4’的石墨烯膜从而使铜箔I暴露出来，然后在Fe (NO3) 3腐蚀溶液6中腐蚀掉铜箔。在该实施方案中，将转移后的石墨烯膜贴覆于一个基底材料表面，所述贴覆过程如下:将腐蚀掉铜箔I的PMMA/石墨烯膜清洗后，放入FeCl3溶液中，由于溶液的表面张力，其会张开并平铺于溶液表面，然后将其用所需的基底材料7从溶液中捞起，石墨烯膜通过范德瓦尔斯力作用而与基底材料7紧密贴覆在一起。所述铜箔还可用镍、铁、锌、钴等及其任意结合，以及以这些金属为主要成分的合金取代。涂覆保护层的方法包括旋涂、刮涂、棒涂、浸涂和喷涂等。所述腐蚀溶液示例性地包括酸、盐的水溶液，所述盐特别是指酸式盐。所述FeCl3溶液也可用其他任何能使石墨烯膜漂浮的溶液取代，例如用丙酮等有机溶剂，水，硝酸铁等无机溶液取代。在转移过程中，除PMMA之外也可使用其他合适物质作为膜的保护层，所述其他合适物质主要为有机聚合物，例如聚二甲基硅氧烷。氮化硼膜的转移和贴覆过程与石墨烯膜类似。图3展示了本技术一个实施方案的氮化硼膜/石墨烯膜/氮化硼膜复合材料结构的一个示例性制备过程:( I)在一个金属基底上由CVD法生长两个氮化硼膜；(2)在另一个金属基底上由CVD法生长一个石墨烯膜；(3)将由CVD法生长出的氮化硼膜和石墨烯膜的金属基底用腐蚀溶液腐蚀掉；(4)将腐蚀掉金属基底的氮化硼膜转移并贴覆到其他基底上，并将腐蚀掉金属基底的石墨烯膜转移并贴覆到该氮化硼膜上构成其他基底/氮化硼膜/石墨烯膜，其中膜的转移和贴覆可按上述方法进行；(5)通过普通的微电子制造过程，在石墨烯膜上制造出一定结构，此结构取决于透明电极在不同领域的应用；和(6)将另外一个氮化硼膜转移并贴覆到来自(5)的其他基底/氮化硼膜/石墨烯膜上构成其他基底/氮化硼膜/石墨烯膜/氮化硼膜复合材料结构。此处所述其他基底为绝缘基底。优选地，该绝缘基底是透明的。所述绝缘基底可为无机绝缘材料、有机绝缘材料、及由这两种材料经过加工制成的混合绝缘材料。常用的无机绝缘材料有:云母、石棉、大理石、陶瓷、玻璃等。有机绝缘材料有:虫I父、树脂、橡I父等。对所述绝缘基底的厚度无特别要求，只要其足以支撑所述复合材料结构即可。优选地，在步骤(3)和(4)之间还包括将石墨烯膜图样化的步骤。所述图样化可采用常规的微电子制造过程进行，例如光刻或刻蚀的方法进行；或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化硼?石墨烯复合材料结构，其特征在于，其包含两个单层氮化硼膜（8，10）和一个单层或多层石墨烯膜（9），其中所述石墨烯膜（9）位于两个氮化硼膜（8，10）之间。

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼-石墨烯复合材料结构，其特征在于，其包含两个单层氮化硼膜(8，10)和一个单层或多层石墨烯膜(9)，其中所述石墨烯膜(9)位于两个氮化硼膜(8，10)之间。2.根据权利要求1所述的复合材料结构，其特征在于，所述石墨烯膜(9)的厚度为0.35-10nm，所述氮化硼膜(8，10)的厚度为0.5_500nm。3.根据权利要求2所述的复合材料结构，其特征在于，所述石墨烯膜(9)的厚度为0.35_3nm。4.根据权利要求2所述的复合材料结构，其特征在于，所述石墨烯膜(9)的厚度为0.35-2.1nm05.根据权利要求2所述的复合材料结构，其特征在于，所述氮化硼膜(8，10)的厚度为0.5_50nmo6.根据权利要求2所述的复合材料结构，其特征在于，所述氮化硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：金虎，彭鹏，
申请(专利权)人：金虎，
类型：实用新型
国别省市：