一种控制其表面生长的石墨烯的形核密度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制其表面生长的石墨烯的形核密度的方法，属材料技术领域。
【背景技术】
[0002]石墨烯具有优异的电学、力学、光学、热学性能，在电学器件、光电器件、散热器件等领域具有广阔的前景，而石墨烯的大尺寸、高质量制备是其广泛应用的前提。
[0003]化学气相沉积(CVD)法是最有望实现石墨烯薄膜工业化生产的手段，它的反应原理是:铜催化使碳源气体分解，碳原子在铜箔表面形成若干个形核中心，最终晶粒长大连结成膜。石墨烯的质量很大程度上取决于其单晶尺寸，也就是形核密度。研究学者一直尝试各种途径生长具有大单晶尺寸的石墨烯薄膜。在保证生长速度的同时，提高石墨烯的单晶尺寸，也就是降低其形核密度，对于提高石墨烯的质量、促进石墨烯的应用具有重要的意义。
[0004]目前控制石墨烯在铜箔表面形核密度的方法包括控制甲烷氢气的混气比、气体压强、铜箔表面的粗糙度、生长温度以及高温下通入氧气氧化降低铜箔表面活性位置等方法。以上提出的方法，特别是高温下通入氧气氧化降低铜箔表面活性位置这一方法对于实验条件要求非常苛刻，不利用工业化生产。
【发明内容】
[0005]技术问题:为了控制其表面生长石墨烯的形核密度的方法，以解决现有方法工艺复杂、生长速度低等问题，本发明提供一种一种控制其表面生长的石墨烯的形核密度的方法。
[0006]技术方案:本发明的控制其表面生长的石墨烯的形核密度的方法，包括如下步骤:
O配制质量浓度为5-30%的双氧水；
2)将铜箔浸泡其中,铜箔被双氧水氧化；
3)然后用该预处理后的铜箔用于CVD生长石墨烯。
[0007]所述的步骤2)中的浸泡时间为5-60s。
[0008]优选地，
所述的步骤I)中的双氧水质量浓度为5%。
[0009]所述的步骤2)中的浸泡时间为30s。
[0010]所述的步骤3)的CVD生长石墨烯方法如下:将双氧水预处理过的铜箔与未进行预处理的铜箔平行放置于生长炉内，控制甲烷氢气流量分别为20和lOOsccm，混合压强为200pa，生长温度1045°C，生长时间I分钟。
[0011]本发明的控制其表面生长的石墨烯的形核密度的方法的原理如下:铜箔表面的杂质活性较强，是石墨烯的易形核位置。双氧水预处理使得铜箔表面氧化，在高温下铜箔表面的氧与表面杂质发生化学反应，从而降低了铜箔表面活性中心的密度，降低了石墨烯的形核密度。
[0012]有益效果:相比较于其他控制铜箔表面石墨烯形核密度的方法，本方法简便易行，只需要预先对铜箔进行双氧水浸泡就可以有效降低铜箔表面石墨烯的形核密度。同时，本方法也可以与其他控制方法联合使用，在本方法的基础上，通过控制混气比、气体压强、铜箔表面粗糙度、生长温度等，可以进一步降低形核密度，提高石墨烯薄膜的单晶尺寸。
【附图说明】
[0013]图1为未经双氧水预处理的铜箔表面的单层石墨烯形核分布的500倍光学显微镜图片(亮色区域为单层石墨烯)。
[0014]图2为经过5%双氧水预处理30秒的铜箔表面的单层石墨烯形核分布的500倍光学显微镜图片(亮色区域为单层石墨烯)。
具体实施例
[0015]实施例1
本发明的控制其表面生长的石墨烯的形核密度的方法，包括如下步骤:
O配制浓度质量浓度为5%双氧水溶液；
2)获取一片厚度为25微米的铜箔，并在5%的双氧水中处理30秒；
3)CVD生长石墨烯:将双氧水预处理过的铜箔与未进行预处理的铜箔平行放置于生长炉内，控制甲烷氢气流量分别为20和lOOsccm，混合压强为200pa，生长温度1045°C，生长时间I分钟；
将生长后的铜箔用双氧水处理数分钟，再使用光学显微镜观察石墨烯在铜箔表面的形核密度。图1为未经双氧水预处理的铜箔表面的单层石墨烯形核分布的500倍光学显微镜图片(亮色区域为石墨烯)。图2为经过5%双氧水预处理30秒的铜箔表面的单层石墨烯形核分布的500倍光学显微镜图片(亮色区域为石墨烯)。可以看出，预先对铜箔进行双氧水浸泡就可以有效降低铜箔表面石墨烯的形核密度。
【主权项】
1.一种控制其表面生长的石墨烯的形核密度的方法，其特征在于，包括如下步骤: O配制质量浓度为5-30%的双氧水； 2)将铜箔浸泡其中,铜箔被双氧水氧化； 3)然后用该预处理后的铜箔用于CVD生长石墨烯， 所述的步骤2)中的浸泡时间为5-60s。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤I)中的双氧水质量浓度为5%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2)中的浸泡时间为30s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3)的CVD生长石墨烯方法如下:将双氧水预处理过的铜箔与未进行预处理的铜箔平行放置于生长炉内，控制甲烷氢气流量分别为20和lOOsccm，混合压强为200pa，生长温度1045°C，生长时间I分钟。
【专利摘要】本发明提供了一种控制其表面生长的石墨烯的形核密度的方法，其特征在于，包括如下步骤：配制质量浓度为5-30%的双氧水；将铜箔浸泡其中，铜箔被双氧水氧化；然后用该预处理后的铜箔用于CVD生长石墨烯。所述的步骤2）中的浸泡时间为5-60s。相比较于其他控制铜箔表面石墨烯形核密度的方法，本方法简便易行，只需要预先对铜箔进行双氧水浸泡就可以有效降低铜箔表面石墨烯的形核密度。同时，本方法也可以与其他控制方法联合使用，在本方法的基础上，通过控制混气比、气体压强、铜箔表面粗糙度、生长温度等，可以进一步降低形核密度，提高石墨烯薄膜的单晶尺寸。
【IPC分类】C23C22-05, C23C28-04, C23C16-26
【公开号】CN104562005
【申请号】CN201410845545
【发明人】丁荣, 梁铮, 倪振华, 陈玉明, 袁文军
【申请人】泰州巨纳新能源有限公司, 泰州石墨烯研究检测平台有限公司, 上海巨纳科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月31日