一种褶皱状石墨烯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料领域，涉及一种褶皱状石墨烯的制备方法。
【背景技术】
[0002]自从2004年英国曼彻斯特大学的两位科学家使用微机械剥离的方法发现石墨烯以来，石墨烯的出现激起了巨大的波澜。石墨烯在物理、化学、力学等性能方面无与伦比的优势，使其在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域拥有着广阔的应用前景。
[0003]化学气相沉积法(CVD法)是一种适于制备大面积、高质量、连续石墨烯薄膜的方法，然而由于石墨烯和金属衬底的热膨胀系数不同，因此在生长完降温的过程中石墨烯因为应力的释放会形成褶皱。虽然这些“褶皱”会改变石墨烯的本征力学、电学等性能，但是，褶皱状石墨烯在实际的应用中，仍有些有意义的应用。例如，布朗大学的研究者，利用在石墨烯薄片上引入微小褶皱的方法，研究出新型的具有特定结构的表面，以用于在实验室中培养细胞，该结构化表面更好地模拟了细胞在体内的复杂生长环境(Wrinkled，wavelength-tunable graphene-based surface topographies for directing cellalignment and morphology，Carbon，2016，97:14) ;Tao Chen 等以卷曲状石墨稀作为电极制作成透明和可延展的高性能超级电容器，应用在能源和柔性电子器件领域(Transparentand Stretchable High-Performance Supercapacitors Based on Wrinkled GrapheneElectrodes，Acs Nano，2014，8(I):1039)。
[0004]然而褶皱形成的高度、宽度和密度等往往都是随机、不可控的。能否可控地制备出具有一定高度、宽度和分布密度的褶皱状结构的石墨烯，具有重要的意义。
[0005]因此，如何提供一种褶皱状石墨烯的制备方法，以获得表面褶皱形貌(高度、宽度)及密度可控的石墨烯，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种褶皱状石墨烯的制备方法，用于解决现有技术中石墨烯褶皱形成的高度、宽度和密度等随机、不可控的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种褶皱状石墨烯的制备方法，包括:
[0008]提供一催化基底，将所述催化基底放入生长腔室，往所述生长腔室通入碳源，并将所述催化基底加热至预设温度，在所述催化基底表面生长得到石墨烯；
[0009]在非氧化性保护气氛下，调节降温速率，使所述石墨烯表面出现预设高度、宽度及密度的褶皱。
[0010]可选地，所述催化基底的顶层材料为锗。
[0011]可选地，所述催化基底为体锗、绝缘体上锗、体娃上外延锗或者II1-V族材料上外延锗。
[0012]可选地，所述预设温度的范围是800?920°C。
[0013]可选地，所述降温速率的范围是I?200°C /min。
[0014]可选地，将降温速率调节至大于100°C /min，得到平均褶皱高度大于1.5nm的褶皱状石墨烯。
[0015]可选地，将降温速率调节至5?100°C /min，得到平均裙皱高度为0.8?1.5nm的褶皱状石墨烯。
[0016]可选地，将降温速率调节至小于5°C /min,得到平均褶皱高度小于0.Snm的褶皱状石墨烯。
[0017]可选地，所述褶皱状石墨烯为单层石墨烯。
[0018]可选地，所述非氧化性保护气氛为氢气与氩气的混合气。
[0019]可选地，所述碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、苯及PMMA中的至少一种。
[0020]可选地，通过热化学气相沉积法、低压化学气相沉积法或等离子增强化学气相沉积法在所述催化基底表面生长出所述褶皱状石墨烯。
[0021]如上所述，本发明的褶皱状石墨烯的制备方法，具有以下有益效果:本发明以催化基底例如半导体材料锗(体锗、绝缘体上锗、体硅上外延锗、三五族上外延锗等)为催化剂，通过气态或固态碳源在催化基底表面制备石墨烯，在非氧化性气氛保护下，调节降温速率(2000C /min-rC /min)，可以方便高效的控制制备的石墨烯表面褶皱的形貌(高度、宽度)及密度，制得的褶皱状石墨烯在传感器、柔性电子器件、生物等领域具有重要应用。
【附图说明】
[0022]图1显示为本发明的褶皱状石墨烯的制备方法的工艺流程图。
[0023]图2显示为本发明的褶皱状石墨烯的制备方法提供的催化基底的结构示意图。
[0024]图3显示为本发明的褶皱状石墨烯的制备方法在所述催化基底表面生长得到石墨稀的不意图。
[0025]图4显示为本发明的褶皱状石墨烯的制备方法调节降温速率使所述石墨烯表面出现预设高度、宽度及密度的褶皱的示意图。
[0026]图5显示为本发明的褶皱状石墨烯的制备方法调节降温速率至大于100°C /min得到的褶皱状石墨烯的原子力显微镜图。
[0027]图6显示为图5所示褶皱状石墨烯的形貌分布曲线。
[0028]图7显示为本发明的褶皱状石墨烯的制备方法调节降温速率至20°C /min得到的褶皱状石墨烯的原子力显微镜图。
[0029]图8显示为图7所示褶皱状石墨烯的形貌分布曲线。
[0030]图9显示为本发明的褶皱状石墨烯的制备方法调节降温速率至小于5°C/min得到的褶皱状石墨烯的原子力显微镜图。
[0031]图10显示为图9所示褶皱状石墨烯的形貌分布曲线。
[0032]元件标号说明
[0033]SI ?S2步骤
[0034]I催化基底
[0035]2石墨烯
[0036]3褶皱
【具体实施方式】
[0037]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0038]请参阅图1至图10。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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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。
[0039]本发明提供一种褶皱状石墨烯的制备方法，请参阅图1，显示为该方法的工艺流程图，包括以下步骤:
[0040]S1:提供一催化基底，将所述催化基底放入生长腔室，往所述生长腔室通入碳源，并将所述催化基底加热至预设温度，在所述催化基底表面生长得到石墨烯；
[0041]S2:在非氧化性保护气氛下，调节降温速率，使所述石墨烯表面出现预设高度、宽度及密度的褶皱。
[0042]首先请参阅图2及图3，执行步骤S1:提供一催化基底1，将所述催化基底I放入生长腔室，往所述生长腔室通入碳源，并将所述催化基底I加热至预设温度，在所述催化基底I表面生长得到石墨烯2。
[0043]具体的，所述催化基底I的催化成分包括但不限于铁、铜、镍、硅、钴、铅、锡、锗、镓或银中的至少一种。本实施例中，所述催化基