便于观察金属衬底上化学气相沉积石墨烯表面褶皱分布的方法与流程

本发明属于石墨烯材料表征领域，特别涉及一种便于观察金属衬底上化学气相沉积（CVD）石墨烯表面褶皱分布的方法。

背景技术：
自2004年两位在俄罗斯出生的科学家AndreGeim和KonstantinNovoselov发表第一篇有关石墨烯的论文后，石墨烯在科学界激起了巨大的波澜，它的出现有望在现代电子科技领域引发新一轮革命。石墨烯是由sp2杂化的碳原子组成的六角蜂窝状二维无机晶体材料【A.K.Geim,K.S.Novoselov,NatureMaterials,2007,6,183-191】，只有一个碳原子层，厚度仅有0.335nm。石墨烯具备很多优越的性能，例如高透光率、高电子迁移率、高电流密度、高机械强度、易于修饰等等。正因为这些特性，它被公认为制造透明导电薄膜、高频晶体管、储氢电池，乃至集成电路的理想材料，具有广阔的市场应用前景。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，CVD石墨烯最大的优点是质量相对较高，适于大量生产。到目前为止，CVD石墨烯的质量与剥离法制备的石墨烯还有一定差距。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，通过研究发现这种由于应力引起的石墨烯表面的褶皱是影响CVD石墨烯质量的因素之一，因此，准确掌握石墨烯表面褶皱情况对于了解石墨烯质量以及进一步改进生长工艺非常重要。由于应力引起的石墨烯表面的褶皱尺寸只有数十纳米，因此需要AFM等高放大倍数的显微镜才能观察到，而这类显微镜往往价格昂贵，操作复杂，表征成本很高。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种便于观察金属衬底上化学气相沉积（CVD）石墨烯表面褶皱分布的方法，该方法可通过低放大倍数的常规光学显微镜实现对石墨烯表面纳米级褶皱分布情况的观察。本发明的一种便于观察化学气相沉积石墨烯表面褶皱分布的方法，包括：将待检测的长有石墨烯的金属衬底置于氧化性气氛中，以氧化石墨烯褶皱处的金属；然后将氧化后的长有石墨烯的金属衬底置于光学显微镜下观察，即可；所述的金属衬底为铜、镍及其合金等适于石墨烯生长并且易于氧化的金属。氧化区域的尺寸会远大于褶皱的尺寸，从而使这些需要超高放大倍数显微镜才能观察到的纳米级褶皱分布情况在光学显微镜下清晰显现出来。所述的石墨烯为石墨烯连续膜或石墨烯单晶。所述的氧化性气氛为空气、氧气、氯气、氟气、溴气中的一种或几种。所述的氧化的时间为0.01-99999min。所述的氧化的温度为0-500℃。所述的氧化性气氛的气压为10-10-1010Pa。本发明中的石墨烯连续膜可以为任意层数的石墨烯连续膜；所述的石墨烯连续膜可以为层数均匀的和层数不均匀的石墨烯连续膜；所述的石墨烯单晶可以为任意形状的石墨烯单晶。鉴于CVD石墨烯表面纳米级褶皱表征的重要性以及当下对此表征相对困难的现状，本发明提供一种便于观察石墨烯表面纳米级褶皱分布的方法，通过放大倍数在1000倍以下的常规光学显微镜就可以实现对石墨烯表面纳米级褶皱分布情况的观察。本发明利用完美石墨烯对金属的抗氧化保护的特性，通过氧化的方法，将石墨烯的褶皱分布清晰的显示出来。具体思路是：将未转移的CVD石墨烯连同金属衬底放入氧化气氛中，这样完美石墨烯覆盖的金属衬底表面不会被氧化，而褶皱处的金属则会被氧化，并且氧化区域会从褶皱处像周围延伸，由于氧化区域远大于褶皱的尺寸，从而通过使用常规的光学显微镜观察氧化的区域就可以掌握褶皱的情况。有益效果：（1）本发明的方法重复性高、简单易行。（2）本发明通使CVD石墨烯表面褶皱处的金属衬底被氧化，并且氧化区域随时间不断向四周延伸，远大于褶皱的尺寸，从而通过常规的光学显微镜观察氧化的区域就可以间接掌握纳米级褶皱的分布情况。附图说明图1为本发明实施实例所用氧化系统；其中，1为进气气路，2为出气气路，3为衬底托，4为加热炉体，5为石英管。图2a,2b分别为铜上CVD石墨烯连续膜经实施例1处理前后的光镜图片。图3a,3b分别为铜上CVD石墨烯单晶经实施例2处理前后的光镜图片。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。一种便于观察金属衬底上CVD石墨烯表面褶皱的方法，包括以下步骤：将未转移的石墨烯连同金属衬底放入氧化性气氛中，一段时间后，石墨烯褶皱处的铜会被氧化，氧化区域的尺寸会远大于褶皱的尺寸，从而使这些处理前需要超高放大倍数显微镜才能观察到的纳米级褶皱分布在低放大倍数光学显微镜下清晰显现出来。所述的石墨烯包括石墨烯连续薄和石墨烯单晶；所述的石墨烯连续膜包括任意层数的石墨烯连续膜；所述的石墨烯连续膜包括层数均匀的和层数不均匀的石墨烯连续膜；所述的石墨烯单晶包括任意形状的石墨烯单晶；所述的金属衬底包括铜、镍及其合金等适于石墨烯生长并且易于氧化的金属；所述的氧化气氛为具有氧化性的气体环境，包括氧气、氯气、氟气、溴气等具有氧化性的气体以及其任意浓度的混合气体；所述的一段时间为0.01-99999min；所述的“氧化性气氛”其气压为10-10-1010Pa；可以通过加热等方式加快氧化的速度。实施例1将铜上未转移的CVD石墨烯连续膜连同铜衬底一起放入图1所示的腔体中，关闭腔体，腔体内为常压空气。加热衬底到200℃并保持30min，降温并取出衬底。图2中a、b分别为铜上CVD石墨烯连续膜经本发明实施例1处理前后的光镜图片。对比a和b可以清楚的发现，经过本发明实施例1处理后，石墨烯表面出现了深色的条纹，这些深色的线条就是铜衬底被氧化的区域，因为完美的石墨烯具有很好的保护金属抗氧化的功能，因此，每一个氧化的条纹都对应着石墨烯表面的一个褶皱。实施例2将铜上未转移的CVD石墨烯单晶连同铜衬底一起放入图1所示的腔体中，关闭腔体，腔体内为常压空气。加热衬底到200℃并保持30min，降温并取出衬底。图3中a、b分别为铜上CVD石墨烯经本发明实施例2处理前后的光镜图片。对比a、b可以发现样品在经本发明实施例2处理后没有石墨烯单晶保护区域的铜表面颜色发生了明显的改变，说明这些区域的铜表面被严重氧化，而有石墨烯单晶保护的区域其颜色则没有发生明显变化，说明石墨烯对铜有较好的抗氧化保护能力。不过，部分区域的石墨烯单晶表面出现较暗条纹，如上分析，这些线条对应的正是石墨烯单晶表面的褶皱。实施例3将铜上未转移的CVD石墨烯单晶连同铜衬底一起放入图1所示的腔体中，关闭腔体，腔体内为加压氯气（常压）。加热衬底到300℃并保持20min，降温并取出衬底。