0051]—种制备单晶双层石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0052]a)将多晶铜箔依次用去离子水、乙醇、丙酮和异丙醇超声清洗后用氮气吹干，随后放入化学气相沉积系统的石英管的中部，对石英管抽真空，并向石英管中通入氩气和氢气，使氩氢混合气体充满反应器，反复三次抽真空将管内空气完全除去，然后再次向石英管中通入氩氢混合气体；
[0053]b)对多晶铜箔加热，使石英管的中心区域温度达到1070°C，当石英管的中心区域的温度达到1070°C时，向石英管内通入400sccm氩气的同时，通入50sccm氢气作为还原性气体，并保持此时的温度30分钟，对多晶铜箔表面进行退火处理；
[0054]c)然后对多晶铜箔进行降温使其达到900°C，在管内中心区域的温度从1070°C降低到900°C的冷却过程中，在氩氢混合气体中通入甲烷，并共同通入向石英管中，即可在多晶铜箔表面得到单晶双层石墨烯。
[0055]在步骤c)后，还包括步骤d)，首先将PMMA旋涂在生长有石墨烯的多晶铜箔的表面，并在加热台上加热，然后放入氯化铁溶液中腐蚀24小时除去铜，也可以为硫酸铜溶液，还可以为过硫酸铵溶液，之后依次用去离子水、稀盐酸、异丙醇洗净，烘干，转移到300nm厚二氧化硅/硅衬底上，最后使用热丙酮除去PMMA层。
[0056]图5为产物在硅片上的光学显微照片，图6为产物的扫描电子显微镜照片，从图中可以观察到产物的六角形结构和均匀的衬度，说明为单晶石墨烯。同时，图7的拉曼光谱、图8的透射电子显微照片、图9的选区电子衍射照片以及图10选区电子衍射强度均证明其为单晶双层石墨稀。
[0057]实施例四:
[0058]如图2所示，碳源为晕苯，铜催化剂为多晶铜箔，反应器为石英管，1号管为氩气管，
2号管为氢气管。
[0059]—种制备单晶双层石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0060]a)将干净的多晶铜箔放入化学气相沉积系统的石英管的中部，对石英管抽真空，并向石英管中通入氩气和氢气，使氩氢混合气体充满反应器，反复三次抽真空将管内空气完全除去，然后再次向石英管中通入氩氢混合气体；
[0061 ] b)对多晶铜箔加热，使石英管的中心区域温度达到1050°C，当石英管的中心区域的温度达到1050°C时，向石英管内通入400sccm氩气的同时，通入50sccm氢气作为还原性气体，并保持此时的温度40分钟，对多晶铜箔表面进行退火处理；
[0062]c)然后对多晶铜箔进行降温使其达到600°C，在管内中心区域的温度从1050°C降低到600°C的冷却过程中，用加热带对晕苯所在部位进行加热，使其温度升至200°C，为石墨烯生长提供足够的碳源，即可在多晶铜箔表面得到单晶双层石墨烯。
[0063]图11为产物的扫描电子显微镜照片，从图中可以观察到具有褶皱条纹的二维薄膜状六边形结构，说明为单晶双层石墨烯。
[0064]实施例五:
[0065]如图2所示，碳源为聚苯乙烯，铜催化剂为沉积在硅片上的铜薄膜，反应器为石英管，1号管为氩气管，2号管为氮气管。
[0066]铜薄膜可以使用纯铜靶材通过化学气相沉积法、物理气相沉积法、真空热蒸镀法、磁控溅射法、等离子体增强化学气相沉积法和印刷法将铜蒸镀在衬底上，然后将该衬底放入化学气相沉积系统的石英管内。
[0067]—种制备单晶双层石墨烯的方法，包括以下步骤:
[0068]a)将沉积在硅片上的铜薄膜放入石英管的中部，对石英管抽真空，并向石英管中通入氩气和氮气，使氩氢混合气体充满反应器，反复三次抽真空将管内空气完全除去，然后再次向石英管中通入氩氮混合气体；
[0069]b)对沉积在硅片上的铜薄膜加热，使石英管的中心区域温度达到1030°C，当石英管的中心区域的温度达到1030°C时，向石英管内通入氩气和氮气，并保持此时的温度120分钟，对铜薄膜进行退火处理；
[0070]c)然后对沉积在硅片上的铜薄膜进行降温使其达到800°C，在管内中心区域的温度从1030°C降低到800°C的冷却过程中，用加热带对聚苯乙烯所在部位进行加热，使其温度升至400°C，为石墨烯生长提供足够的碳源，即可在铜薄膜表面得到单晶双层石墨烯。
[0071]在步骤c)后，还包括步骤d)，首先将PDMS旋涂在生长有石墨烯的铜薄膜表面，并在加热台上加热，然后放入硫酸铜溶液中腐蚀12小时除去铜，之后依次用去离子水、稀盐酸、异丙醇洗净，烘干，转移到目标衬底上，最后使用热丙酮除去PDMS层。
[0072]图12为产物的扫描电子显微镜照片，从图中可以观察到具有褶皱条纹的二维薄膜状六边形结构，说明为石墨烯。
[0073]本发明利用等温或非等温常压化学气相沉积法在铜催化剂上制备大尺寸单晶双层石墨烯，本方法操作方便，简单易行，可用于高端电子器件和集成电路;另外，本发明的非等温法制备的单晶双层石墨烯与等温法制备的单晶双层石墨烯相比具有较大的尺寸和较少的缺陷的优点。
[0074]以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种制备单晶双层石墨烯的方法，包括以下步骤: a)将铜催化剂放入反应器中，并向反应器中通入非氧化性气体，使非氧化性气体充满反应器，所述铜催化剂为单晶铜或多晶铜或铜薄膜； b)将铜催化剂加热到目标温度，然后保持温度恒定30-120分钟，所述目标温度的温度范围为:1000°C ?1070°C; c)继续保持温度恒定，将携带有碳源的非氧化性气体通入反应器中，即可在铜催化剂表面得到单晶双层石墨烯。2.—种制备单晶双层石墨烯的方法，包括以下步骤: a)将铜催化剂放入反应器中，并向反应器中通入非氧化性气体，使非氧化性气体充满反应器，所述铜催化剂为单晶铜或多晶铜或铜薄膜； b)将铜催化剂加热到目标温度，然后保持温度恒定30-120分钟，所述目标温度的温度范围为:1000°C ?1070°C; c)然后对铜催化剂进行降温使其达到900°C?500°C，在上述降温过程中，将携带有碳源的非氧化性气体通入反应器中，即可在铜催化剂表面得到单晶双层石墨烯。3.根据权利要求1或2所述的制备单晶双层石墨烯的方法，其特征在于:步骤c)中所述的碳源为甲烷和/或乙炔和/或聚苯乙烯和/或晕苯。4.根据权利要求3所述的制备单晶双层石墨烯的方法，其特征在于:在步骤c)中，对于气体碳源，气体碳源与非氧化性气体同时通入反应器中。5.根据权利要求4所述的制备单晶双层石墨烯的方法，其特征在于:在步骤c)中，对于固体碳源，将固体碳源放置在反应器通入气流的一端，并用加热带对固体碳源所在部位进行加热，加热的温度范围为:200°C-400°C。6.根据权利要求1所述的制备单晶双层石墨烯的方法，其特征在于:在步骤c)后，还包括步骤d)，首先将PMMA或者PDMS旋涂在生长有石墨烯的衬底表面，并在加热台上加热，然后放入氯化铁或硫酸铜或过硫酸铵溶液中腐蚀1-24小时除去铜，之后依次用去离子水、稀盐酸、异丙醇洗净，烘干，转移到目标衬底上，最后使用热丙酮除去PMMA或者PDMS层。7.根据权利要求1或2所述的制备单晶双层石墨烯的方法，其特征在于:所述的非氧化性气体为氩气和/或氮气和/或氢气。
【专利摘要】本发明公开了一种制备单晶双层石墨烯的方法，包括以下步骤：a)将铜催化剂放入反应器中，并向反应器中通入非氧化性气体，使非氧化性气体充满反应器，所述铜催化剂为单晶铜或多晶铜或铜薄膜；b)将铜催化剂加热到目标温度，然后保持温度恒定30-120分钟，所述目标温度的温度范围为：1000℃～1070℃；c)然后对铜催化剂进行降温使其达到900℃～500℃或保持温度恒定，在上述降温或恒温过程中，将携带有碳源的非氧化性气体通入反应器中，即可在铜催化剂表面得到单晶双层石墨烯。本发明利用等温或非等温常压化学气相沉积法在铜催化剂上制备大尺寸单晶双层石墨烯，本方法操作方便，简单易行，可用于高端电子器件和集成电路。
【IPC分类】C30B25/00, C30B29/02
【公开号】CN105483824
【申请号】CN201610016623
【发明人】孙海斌, 刘江峰, 马玉娟, 罗永松, 许军旗, 娄志恒
【申请人】信阳师范学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月11日