用于连续生产高质量石墨烯的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求在2016年3月18日提交的、序号为62/310,350的、名称为“methodforcontinuousproductionofhighqualitygraphene(用于连续生产高质量石墨烯的方法)”的美国临时专利申请的权益，在此明确地通过引用其全部内容将其所公开的内容并入本文。

本发明涉及一种用于利用金属基材连续制造高质量石墨烯膜的方法。

背景技术：

石墨烯是形成二维原子尺度六方点阵的碳的同素异形体，由于其优异的电学、机械和化学性质，已经变得对于在柔性电子设备中的应用十分有用。为了实现石墨烯的实际应用，已经越来越多地探索了在过渡金属表面上的大规模生产方法，例如化学气相沉积(cvd)。特别地，由于其在典型的生长温度下的低碳溶解度，铜已经变成普遍的催化底物。

然而，已经观察到严格二维石墨烯系统通常是热力学不稳定的，并且经常仅通过在第三方向上的扰动而存在。在第三方向上的这些波动通常导致石墨烯片表面的皱缩形貌，例如其上的“波纹”。目前理解的是，石墨烯波纹可能与(a)二维层或薄膜的热力学稳定性的问题；(b)金属基材和石墨烯之间的热膨胀系数差；和/或(c)在金属基材上晶界的存在相关。由于石墨烯表面形貌对其机械、电子、磁性和化学性质具有显着影响，因此理解和控制波纹的形成对于开发其优异的性质是重要的。

尽管用于制备石墨烯片的连续生产方法(例如卷对卷方法，其中含有碳的蒸气在例如铜箔的水平基材上反应)显著降低了生产成本，但是这种方法通常带来在生长的石墨烯表面上的不期望的皱纹或波纹。

因此，本领域需要制造高质量和大表面积石墨烯的方法，同时降低生产价格和不期望的表面形貌。

技术实现要素：

本发明主要涉及制备包含石墨烯的膜，包括：将金属基材放入包含一个或多个加热元件和一个或多个气体供给组件的处理室中；加热所述金属基材以在金属基材的第一表面上形成熔融金属层，其中所述第一表面是顶表面；使熔融金属层与碳源气体、例如包含碳氢化合物的气体接触，以形成基本覆盖金属基材的第一表面的熔融金属层的包含石墨烯的层；固化熔融金属层；以及任选地分离包含石墨烯的层以形成包含石墨烯的膜。

附图说明

图1示出了根据本发明的方案的处理室的示例。

图2示出了在没有熔融顶层的铜箔基材上的石墨烯晶粒的扫描电子显微镜(sem)图像。

图3示出了在具有熔融顶层的铜箔基材上的石墨烯晶粒的sem图像。

图4示出了根据本发明的方案的处理室的示例。

具体实施方式

本发明主要涉及用于在金属基材的表面上连续生产石墨烯膜的方法。根据一些方案，该方法包括卷对卷系统。如本文所使用的，“卷对卷”工艺是指利用柔性金属(例如金属箔)的一个或多个卷的连续生产方法。本发明还涉及用于实施这些方法的装置。

根据一些方案，本发明的方法可以包括将金属基材放置到处理室中。在一些方案中，金属基材包括平坦表面，并且金属基材可以是片材。金属基材包括一种或多种金属。根据本发明可用的金属的示例包括铜、镍、钌、铑、铝、及其合金和/或混合物。根据一些方案，可以通过使金属基材(例如金属箔或金属膜的片材)前进通过处理室而将金属基材放置到处理室中。

例如，金属基材可以包括金属箔。根据一些方案，金属箔可以具有在约1和100μm之间、优选在约1和50μm之间、更优选在约10和40μm之间、最优选在约20和30μm之间的厚度。根据一些方案，金属箔可以具有约25μm的厚度。

根据一些方案，金属基材可以包括金属膜。金属膜可以可选地连同第二基材一起设置。例如，金属膜可以沉积在第二基材的一个或多个表面上。根据一些方案，第二基材可以包括准金属和/或其氧化物，例如si和/或sio2。根据一些方案，金属膜可以具有在约100和1000nm之间、优选在约100和800nm之间、更优选在约200和600nm之间、最优选在约300和500nm之间的厚度。

根据一些方案，使金属基材连续地前进通过处理室。

根据一些方案，处理室可以包括例如一个或多个辊，其配置成使基材前进通过处理室。例如，处理室可以包括一个或多个退绕辊，一个或多个导辊和/或一个或多个卷绕辊。根据一些方案，退绕辊可以是从其开始基材被展开的辊和/或调节基材的张力的辊。根据一些方案，导辊可以将膜输送通过处理室。例如，根据一些方案，腔室可以包括靠近退绕辊的第一导辊和靠近卷绕辊的第二导辊，其中第一导辊和/或第二导辊例如通过驱动源被可旋转地驱动。根据一些方案，卷绕辊可以是在基材上已经形成石墨烯之后和/或在基材已经前进通过处理室之后在其上卷绕基材的辊。

根据一些方案，处理室包括一个或多个加热元件和一个或多个气体供应组件。在一些实施例中，处理室可包括惰性气氛。用在处理室中的示例性惰性气体包括氩、氦、氮、其混合物、以及本领域已知的任何其它惰性气体或气体混合物。

如本文所使用的，术语“加热元件”是指能够产生热的任何元件。根据一些方案，处理室可以包括加热元件，其随着金属基材前进通过处理室仅向金属基材的一个表面或多于一个表面提供热。根据一些方案，处理室可以包括至少两个加热元件，其中一个或多个第一加热元件向金属基材的第一表面提供热，一个或多个第二加热元件向金属基材的第二表面、例如底表面提供热。例如，一个或多个第一加热元件可以位于金属基材上方以向基材的顶表面提供热，并且一个或多个第二加热元件可以位于金属基材下方以向基材的底表面提供热。根据一些方案，两个或更多个加热元件可以包括单独的控制器，使得每个加热元件可以被单独控制。例如，每个加热元件可以包括控制由加热元件提供的热的控制器和/或控制加热元件的位置、例如加热元件相对于基材的位置的控制器。根据一些方案，可以使用相同的控制器来控制一个或多个加热元件。例如，可以使用第一控制器来控制一个或多个第一加热元件，同时可以使用第二控制器来控制一个或多个第二加热元件。

根据一些方案，处理室可包括多个加热元件和/或多种类型的加热元件。根据一些方案，加热元件可以包括ir加热器、例如包括ir灯的加热器，和/或激光加热器、例如包括激光器的加热器。根据一些方案，加热元件可以包括陶瓷加热器、卤素灯、激光器等、用于通过由施加磁场感应的电流加热的装置、和/或用于通过热传导加热的装置。根据一些方案，加热元件可以包括石墨加热元件。然而，应当理解，根据本发明的方案可以使用能够提供受控热的任何合适的加热元件。

根据一些方案，本发明的方法可以包括随着金属基材连续地前进通过处理室加热金属基材。例如，如图1所示，使用可旋转驱动的导辊9和10，基材1的片材可以从退绕辊8前进进入并通过处理室2，在处理室中具有一个或多个加热元件3。根据一些方案，随着基材1前进通过处理室2，一个或多个加热元件3可以向基材1的顶表面提供受控的热。根据一些方案，加热元件3可以提供等于或高于基材1或其表面的熔点的热。例如，加热元件3可以提供大于铜的熔点和/或大于铜基材的表面的熔点的热。根据一些方案，可以在已经在其中形成石墨烯之后将基材卷绕到卷绕辊11上。

应当理解，由一个或多个加热元件供应到基材的顶表面的热将取决于所使用的特定基材的熔点和/或所使用的基材的表面熔点。如本文所用，术语“熔点”是指固体在固定压力下变成液体的温度。根据一些方案，基材的表面可以在低于其本体的熔点的温度下熔融，使得表面可以在低于基材所包含的特定的金属和/或合金和/或其混合物的熔点的温度熔融。例如，根据一些方案，可以发生表面熔融，使得熔融表面层可以在刚好低于基材所包含的特定的金属和/或合金和/或其混合物的熔点下生长至约的厚度。根据一些方案，基材表面的熔点可至少部分地取决于基材的晶体取向。

根据一些方案，由加热元件提供给基材的顶表面的热可以通过改变由加热元件输出的热的量和/或加热元件与基材的顶表面之间的距离来改变。根据一些方案，由一个或多个加热元件提供给基材的顶表面的热可以将基材表面加热到与基材和/或基材表面的熔点大约相同的温度，或者加热到在基材和/或基材表面的熔点附近的一定范围内。例如，由加热元件提供给基材顶表面的热可以将基材加热到与基材和/或基材表面的熔点的差别不超过约50℃，优选不超过约40℃，甚至更优选不超过约30℃，甚至更优选不超过约20℃，甚至更优选不超过约10℃，并且最优选与基材和/或基材表面的熔点的差别不超过约5℃。

根据一些方案，基材和/或基材表面的熔点可以取决于一个或多个因素。例如，基材和/或基材表面的熔点可以至少部分地取决于特定的工艺条件(例如，处理室中的气氛的成分、压力和/或密度)和/或基材所包含的特定的金属和/或合金和/或其混合物。根据本发明的一些方案，基材和/或基材表面的熔点可以不同于基材所包含的特定的金属和/或合金和/或其混合物的常规熔点。

根据一些方案，处理室的气氛可以具有预定的压力。例如，根据一些方案，压力可以在约10^-8atm和100atm之间，任选地在约10^-7atm和50atm之间，并且任选地在约10^-7atm和20atm之间。根据一些方案，压力可以为约0.0084atm。

根据一些方案，处理室的气氛可以包括特定的气体成分。例如，根据一些方案，气氛可以包括惰性气体。如本文所用，术语“惰性”是指不具有化学反应性的物质。例如，气氛可以包括与基材和碳源气体都不反应的惰性气体。根据一些方案，该气氛可以另外或可选地包括并非惰性的气体。处理室的气氛可包含的气体的示例包括但不限于氩气、氦气、氮气、氢气及其混合物。

根据本发明的一些方案，加热元件可以向基材的顶表面提供受控的热，使得基材的顶表面熔化，从而使在基材的顶表面上的任何晶界、褶皱、和/或其它缺陷至少部分地平滑。根据一些方案，加热元件可以在大约970℃±30℃和/或1050℃±30℃和/或1100℃±30℃的温度下输出热和/或将基材的顶表面加热到大约970℃±30℃和/或1050℃±30℃和/或1100℃±30℃的温度。根据一些方案，加热元件可以在大约527℃、627℃、727℃、997℃、1017℃、1027℃或1037℃的温度下输出热和/或将基材的顶表面加热到大约527℃、627℃、727℃、997℃、1017℃、1027℃或1037℃的温度。

根据一些方案，随着金属基材前进通过处理室，熔融金属层可以在金属基材的第一表面上形成，其中第一表面是顶表面。例如，随着基材的表面经受由加热元件提供的热，金属基材的顶层可以熔化以形成熔融金属层。根据一些方案，控制熔化的量使得所得熔融金属层具有预定深度。熔融金属层的深度可以例如通过调节由加热元件提供的热、加热元件与基材之间的距离，和/或基材前进通过处理室的速率来控制。

根据一些方案，可以设置至少一个额外的加热元件以控制金属基材的第二表面，例如金属基材的底表面或金属基材的相对表面的温度。例如，处理室可以包括在基材下方的一个或多个第二加热元件，其中第二加热元件可以提供热，使得基材的底表面的温度保持低于基材和/或基材表面的熔点。也就是说，第二加热元件可以比第一加热元件向基材提供较少的热。例如，由第一加热元件输出的热的量可以大于由第二加热元件输出的热的量，和/或第一加热元件与基材的顶表面之间的距离可以小于第二加热元件与基材的底表面之间的距离。在另一个示例中，由第一加热元件输出的热的量可以与由第二加热元件输出的热的量近似相同，而第一加热元件与基材的顶表面之间的距离可以小于第二加热元件和基材的底表面之间的距离。以这种方式，第二加热元件仍然可以比第一加热元件向基材供应较少的热。

如本文所讨论的，根据一些方案，基材和/或基材表面的熔点可以取决于一个或多个因素。根据一些方案，第二加热元件可以控制第二基材表面温度低于约1050℃的温度。根据一些方案，加热元件可以在约970℃±30℃和/或1050℃±30℃和/或1100℃±30℃的温度下输出热和/或将基材的第二表面加热至约970℃±30℃和/或1050℃±30℃和/或1100℃±30℃的温度。根据一些方案，加热元件可以在约527℃、627℃、727℃、997℃、1017℃、1027℃或1037℃的温度下输出热和/或将基材的第二表面加热至约527℃、627℃、727℃、997℃、1017℃、1027℃或1037℃的温度。根据一些方案，基材的第二表面不熔化，因此在基材前进通过处理室时熔融金属层仅在基材的一个表面上形成。

根据一些方案，由第二加热元件供应到基材的底表面的热可以通过改变由第二加热元件输出的热的量和/或第二加热元件与基材的底表面之间的距离来改变。根据一些方案，由第二加热元件供应到基材的底表面的热可至少部分地取决于第二加热元件与基材的底表面之间的一个或多个间隔件或部件的存在。

例如，如图4所示，处理室可以包括在基材16的至少一部分下方的固体间隔件17，使得基材16的至少一部分与第二加热元件20通过间隔件间隔开。根据一些方案，间隔件可以包括稳固的平台或支架。根据一些方案，间隔件可以传输由加热元件提供的部分或全部的热。根据一些方案，处理室可以包括至少一个温度传感器，例如热电偶。例如，处理室可以包括第一热电偶15和第二热电偶14，以分别测量基材16的面向第一加热元件18和第二加热元件20的表面的温度。

根据一些方案，该方法包括使一个或多个熔融金属层与碳源气体接触。根据一些方案，碳源气体是包括碳氢化合物的气体。可以使用包含在处理室中的一个或多个气体供应部件来提供碳源气体。一个或多个气体供应部件是指可以提供气体(例如，碳源气体，例如包括一种或多种碳氢化合物的气体)和/或能够将气体沉积到金属基材的熔融金属层上的任何机构。

根据一些方案，可以使用化学气相沉积(cvd)来实现将碳源气体沉积到基材的表面上。用在处理室中的示例性碳源气体包括甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、苯、甲醇、一氧化碳、二氧化碳、碳基聚合物、纳米碳材料、其混合物、和/或现有技术中已知的任何其它气体或气体混合物。根据一些方案，熔融金属层与碳源气体的接触使得可以形成包含石墨烯的层。根据一些方案，包含石墨烯的层基本上覆盖或完全覆盖与碳源气体接触的熔融金属层的表面的部分。“基本上覆盖”是指表面的大于50％、优选大于70％、更优选大于80％、甚至更优选大于90％、甚至更优选大于95％的表面积被覆盖。在一些方案中，表面被完全(约100％)覆盖。例如，如图1所示，处理室可以包括一个或多个气体供应部件4，该气体供应部件发射能够经由cvd在基材的表面上形成石墨烯的碳氢化合物气体。如图1所示，根据一些方案，一个或多个气体供应部件4可以向基材的第一表面、即其上形成有熔融金属层的基材的表面提供碳氢化合物气体。

除了碳源气体之外，一个或多个气体供应部件可以提供一种或多种次级气体。用在处理室中的次级气体的示例包括氩气、氦气、氮气、氢气及其混合物。例如，一个或多个气体供应部件可以将碳源气体与一种或多种次级气体一起作为输送气体提供给处理室。代替地或额外地，可在碳源气体已经被提供给处理室之前和/或之后提供一种或多种次级气体。根据一些方案，一种或多种次级气体可以经由与用于提供碳源气体的气体供应部件不同的气体供应部件提供给处理室。例如，处理室可以包括一个或多个次级气体供应部件，其将一种或多种次级气体提供给处理室。

根据一些方案，气体供应部件和/或次级气体供应部件可以以对于每种气体可以相同或不同的特定流速提供它们各自的气体。例如，根据一些方案，可以以约200sccm的流速提供氮气，可以以约600sccm的流速提供氩气，可以以约40sccm的流速提供氢气，并且可以以约10sccm的流速提供甲烷。根据一些方案，可以选择碳源气体和/或一种或多种次级气体进入处理室的流速，以提供一定的流速比。例如，氮气对氩气对氢气对甲烷的流速比可以为约20:60:40:1。

气体供应部件和/或次级气体供应部件可以布置成使得，与一个或多个加热元件向基材提供热同时地，气体供应部件和/或次级气体供应部件发射它们各自的气体。代替地或额外地，一个或多个加热元件可以在从气体供应部件和/或次级气体供应部件引入气体之前向基材提供热。例如，处理室可以包括预热区，其中一个或多个加热元件向金属基材提供热以形成具有期望厚度的熔融金属层，如本文所述。然后，基材可以继续到包括如本文所述的一个或多个气体供应部件和/或一个或多个次级气体供应部件和/或一个或多个附加加热元件的处理室的处理区。代替地或额外地，预热区可包括一个或多个次级气体供应部件，以提供一种或多种次级气体。例如，根据一些方案，预热区可以包括向处理室提供氢气的一个或多个次级气体供应部件，而处理区可以包括提供碳源气体以及包括氩、氦和/或氮的输送气体的一个或多个气体供应部件。

根据一些方案，本发明的方法允许直接在基材的熔融金属层上直接合成均匀的石墨烯层。例如，如图1所示，固体基材5可以包括在一个表面上的熔融金属层6，其上形成有均匀的石墨烯层7。在一些优选的实施方案中，该直接合成减少和/或消除当使用例如固体多晶铜时观察到的晶界。根据一些方案，所得石墨烯层因此包括均匀的成核分布和低石墨烯成核密度。

根据一些方案，基材可以以预定速率前进通过处理室。例如，基材可以以提供所需的石墨烯生长量的速率前进通过处理室。例如，可以选择速率以提供一定的生长时间(即，基材与碳源气体接触的一定的时间量)。根据一些方案，可以选择速率以提供约30分钟的生长时间，任选地约20分钟的生长时间，任选地约10分钟的生长时间，和任选地约5分钟的生长时间。应当理解，提供所需的石墨烯生长量所需的生长时间可以至少部分地取决于特定的工艺条件(例如，处理室中的气氛的成分、压力和/或密度)和/或由基材包含的特定的金属和/或合金和/或其混合物。

根据一些方案，可以选择由一个或多个加热元件提供的热和/或基材前进通过处理室的速率，以便实现预定的熔融金属层厚度。熔融金属层可以具有对应于例如基材厚度的预定厚度。例如，根据一些方案，如果基材为约25μm厚(例如，厚度为约25μm的铜或铜合金箔)，则预定的熔融金属层厚度可以在约100和1000nm之间，优选在约200和800nm之间，更优选在约300和700nm之间，最优选在约450和550nm之间。根据一些方案，预定的熔融金属层厚度可以在基材前进离开处理室的预热区之前实现和/或可以在处理室的处理区中保持。

根据一些方案，预定的熔融金属层厚度可对应于与贝纳尔-马兰哥尼对流(benard-marangoniconvection)相关的临界马兰哥尼(marangoni)数。特别地，熔融金属可以具有由表面张力的变化驱动的溶质不稳定性或热不稳定性，其可以例如通过贝纳尔-马兰哥尼对流来描述。根据一些方案，可以选择熔融金属层的厚度，使得表面熔融的金属-碳系统的溶质马兰哥尼数低于临界数这防止了熔融的层中的对流流动，从而防止在熔融的层的表面上形成蜂窝波纹。如本文所使用的，“溶质马兰哥尼数”是指：

其中γc是溶质表面张力系数，δc是熔体上的浓度梯度(δc＝clg-csl，csl是固液界面处的本体浓度，clg是液气界面处的浓度)，d是熔融金属层的厚度，dl是液体中的分子扩散率，μ是动态粘度。

根据该方程，γc，即溶质表面张力系数可以描述为：

其通过表面张力定义为：

其中是液气界面上的过量溶质浓度，σ0和c0是参考正值。在参考稳态下，流体以恒定的过量溶质浓度c0静止，未扰动的本体浓度c由下式给出：

c＝csl-βz，

其中csl是固液界面处的本体浓度，β是本体浓度梯度并且当溶质通量为从固体到液体时为正，而如果溶解物(solute)处于从气相中吸收则为负。在正值的情况下，溶质表面张力系数可以描述为：

根据一些方案，可以选择熔融金属层厚度，使得例如由贝纳尔-马兰哥尼对流描述的熔融金属层和碳层之间的表面张力的变化可以最小化。以这种方式，可以减少当使用其表面上具有吸附物的金属的液体层时通常观察到的基于溶质不稳定性或热不稳定性的区域和/或蜂窝的形成。

根据一些方案，在形成包含石墨烯的层之后，熔融金属层可以被固化。根据一些方案，本发明的方法包括使其上形成有石墨烯层的金属基材片前进离开处理室，使得熔融金属层在处理室之外凝固。例如，当金属基材片不再受到来自处理室中的加热元件的热量时，基材可以冷却，使得其上的熔融的层凝固。根据一些方案，熔融金属层可以在基材前进离开处理室之后固化。根据一些方案，熔融金属层可以在处理室内、例如在处理室的冷却区中冷却，并且因此可以在基材离开处理室之前固化。

根据一些方案，本发明的方法还可以包括将包含石墨烯的层与金属基材的其余部分分离。根据一些方案，将包含石墨烯的层与金属基材的熔融金属层和其余部分分离。可以使用本领域已知的任何手段分离或除去包含石墨烯的层。例如，可以使用化学蚀刻、电化学蚀刻和/或机械去除方法来去除在下面的金属基材(包括固化的熔融层)，以生产包括石墨烯的高质量、均匀的大表面面积层。

本发明主要还涉及用于执行上述方法的装置。例如，本发明的装置可以包括处理室，该处理室包括输入部、至少一个加热元件、至少一个气体供应部件、和输出部，其中该装置被配置为允许金属基材的片或膜前进通过该装置。

在已经结合上面概述的示例描述了在本文中所描述的方案的同时，不管是已知的还是当前不可或可能无法预见的各种替代、修改、变化、改进和/或实质等同物，对具有至少本领域普通技术的人员而言可以变得显而易见。因此，如上所述的示例方案旨在是说明性的、而不是限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。因此，本发明旨在包括所有已知或后续开发的替代、修改、变化、改进和/或实质等同物。

因此，权利要求并不旨在限于本文所示的方案，而是符合与权利要求的语言一致的全部范围，其中除非特别地如此陈述，以单数形式对要素的引用不旨在表示“一个和仅一个”，而是“一个或多个”。贯穿本发明描述的各种方案的要素的所有结构和功能等同物是本领域普通技术人员已知或稍后已知的，通过引用明确地并入本文并且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文中公开的内容不旨在献给公众，无论这样的公开是否在权利要求中明确地陈述。除非使用短语“用于......的装置”来明确地叙述权利要求要素，否则不将该权利要求要素解释为装置加功能。

此外，词语“示例”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例”的任何方案不一定被解释为相对于其他方案是优选的或有利的。除非另有特别说明，术语“一些”是指一个或多个。诸如“a、b或c中的至少一个”、“a、b和c中的至少一个”和“a、b、c或其任何组合”的组合包括a、b和/或c的任一组合，并且可以包括多个a、多个b或多个c。具体地，诸如“a、b或c中的至少一个”、“a、b和c中的至少一个”和“a、b、c或其任何组合”的组合可以为仅a、仅b、仅c、a和b、a和c、b和c、或a和b和c，其中任何这种组合可以包含a、b或c中的一个或多个。在此公开的任何内容都不旨在奉献给公众，无论这样的公开是否在权利要求中被明确地记载。

提出以下实施例以便向本领域普通技术人员提供如何制备和使用本发明的完全公开和描述，不旨在限制发明人所认为的其公开内容的范围，它们也不旨在表示下面的实验是所进行的全部或唯一的实验。已经努力确保关于所使用的数字(例如量、尺寸等)的准确性，但是应该考虑一些实验误差和偏差。

具体地，进行以下比较实施例(实施例1和2)以比较使用冷壁cvd(即，cvd方法，其中基材被加热但是cvd室的壁被冷却)在15μm厚的铜箔基材上生长石墨烯的工艺，其中基材的顶表面和底表面被加热到一定温度。使用aixtronblackmagiccvd系统进行该工艺，其包括两个石墨加热器，一个在基材上方，一个在基材下方，其可以被单独控制。使用500mbar(375托尔)的压力和3000sccm的ar气流、500sccm的h2、和500sccm的n2气流(用于系统冷却)进行两种工艺。使用石英间隔物将铜箔基材与底部加热器分隔。在两个实施例中，将基材加热10分钟，然后对其施加作为碳氢化合物源的流速为10sccm的甲烷气体流。

实施例1

将铜箔基材放置在aixtronblackmagiccvd系统中。顶部加热器保持在1100℃的恒定温度，并且底部加热器保持在1150℃的恒定温度。通过分别改变基材表面与顶部加热器和底部加热器之间的距离来改变基材的顶部表面温度和底部表面温度。将基材的顶表面加热到980℃的温度(即，其中铜表面不熔化的常规方法中使用的温度)，并将底表面保持在小于1150℃的温度。基材的底表面通过石英间隔物与底部加热器分隔，使得基材的底层并不熔化。

石墨烯在基材的顶表面上生长，并且使用如图2所示的sem使所得石墨烯层可视化。图2示出了石墨烯层包括小晶粒12，表明在基材表面上晶界的存在(即，粗糙的基材表面)。

实施例2

将铜箔基材放置在aixtronblackmagiccvd系统中。顶部加热器保持在1100℃的恒定温度，并且底部加热器保持在1150℃的恒定温度。通过分别改变基材表面与顶部加热器和底部加热器之间的距离来改变基材的顶部表面温度和底部表面温度。将基材的顶表面加热到1050℃的温度，并将底表面保持在小于1150℃的温度。基材的底表面通过石英间隔物与底部加热器分离，使得基材的底层并不熔化。

石墨烯在基材的顶表面上生长，并且使用如图3所示的sem使所得石墨烯层可见。图3显示石墨烯层包含比实施例1中所示的大得多的晶粒13，表明铜基材的表面可能已经熔化，因此更光滑。