含有石墨烯的基板及其制备方法

本申请涉及含有石墨烯的基板及其制备方法。

背景技术：

1、石墨烯(graphene)是以sp2杂化连接的碳原子紧密堆叠而成的二维蜂窝状晶格结构材料，具有优异的光学、电学及力学特性，被应用于光电子、半导体、新能源等前沿领域，在航天航空、通信传输和能源等领域都具有广阔而重要的发展前景。

2、目前制备石墨烯薄膜主要是将石墨烯薄膜生长于金属衬底上，并将石墨烯薄膜从金属衬底上揭下并转移到目标非金属绝缘衬底上，在转移过程中容易导致石墨烯薄膜发生褶皱、微裂纹等缺陷，降低石墨烯薄膜的品质。

技术实现思路

1、本申请提供一种含有石墨烯的基板及其制备方法，本申请能够提高石墨烯薄膜的品质。

2、第一方面，本申请提出了一种制备含有石墨烯的基板的方法，所述方法包括：

3、提供衬底，衬底包括绝缘层和设置于绝缘层表面的金属层；

4、将含碳前驱体提供至金属层背离绝缘层的表面；

5、施加激光源至含碳前驱体的表面，以使含碳前驱体中的碳原子扩散至金属层中形成含碳固溶体；

6、移除激光源，以使含碳固溶体中的碳原子至少析出至金属层面向绝缘层的一侧，并形成位于绝缘层表面的石墨烯层；

7、将金属层与石墨烯层分离，留存绝缘层和位于绝缘层表面的石墨烯层，制备得到基板。

8、在一些实施方式中，对含碳前驱体施加激光源的步骤，包括：根据预设路径施加激光源至含碳前驱体的表面，以使含碳前驱体中的碳原子根据预设路径扩散至金属层中形成含碳固溶体。

9、在一些实施方式中，含碳前驱体包括碳源溶质和溶剂，碳源溶质包括无机碳源和有机碳源中的至少一种。

10、在一些实施方式中，无机碳源包括天然石墨、人造石墨和碳酸氢盐中的一种或多种。

11、在一些实施方式中，有机碳源包括丙烯酸酯类聚合物和多糖类聚合物中的一种或多种。

12、在一些实施方式中，丙烯酸酯类聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯和聚乙基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

13、在一些实施方式中，多糖类聚合物包括蔗糖、纤维素和淀粉中的一种或多种。

14、在一些实施方式中，溶剂包括甲醇、乙醇和丙酮中的一种或多种。

15、在一些实施方式中，提供衬底的步骤，包括：提供绝缘层；将金属源提供至绝缘层的表面形成金属层。

16、在一些实施方式中，采用物理气相沉积法、电镀法、化学镀法中的至少一种方法将金属源提供至绝缘层的表面形成金属层。

17、在一些实施方式中，绝缘层面向金属层的表面为平面。

18、在一些实施方式中，绝缘层面向金属层的表面包括凹陷部和/或凸起部。

19、在一些实施方式中，绝缘层的主体材质包括二氧化硅、硅单质和氧化铝中的一种或多种。

20、在一些实施方式中，碳原子于金属层中的溶解度与温度呈正相关。

21、在一些实施方式中，金属层的主体材质包括镍单质、钯单质、钴单质、铜单质、金单质、钌单质、铑单质和铂单质中的一种或多种。

22、在一些实施方式中，金属层的厚度为0.15μm至50μm。

23、在一些实施方式中，将金属层与石墨烯层分离的步骤，包括：采用机械剥离法和化学刻蚀法中的至少一种将金属层与石墨烯层分离。

24、第二方面，本申请提出了一种含有石墨烯的基板，所述基板包括绝缘层和石墨烯层，石墨烯层设置于绝缘层表面，石墨烯层经激光源照射含碳前驱体，以使含碳前驱体释放碳原子至绝缘层的表面形成。

25、在一些实施方式中，绝缘层背离金属层的表面为平面。

26、在一些实施方式中，绝缘层背离金属层的表面包括凹陷部和/或凸起部。

27、在一些实施方式中，石墨烯层具有预设图案。

28、根据本申请实施方式的方法，以含碳前驱体原料，通过激光源诱导金属-绝缘基衬底表面原位生长石墨烯材料，且石墨烯材料的品质较好，实现石墨烯在规则或不规则绝缘层表面的直接生长，且石墨烯层的形状和尺寸可通过激光源的扫描路径精确调控，在绝缘层表面直接生长出具有复杂结构和功能的二维石墨烯层图案(可以呈现为纳米层)，可以应用于电子器件等，并可以获得具有图案化亲疏水功能的石墨烯层。本申请实施方式以激光源作为热源，控制石墨烯在绝缘层表面图案化生长，具有可控性好、成本低，效率高等优势，在光电、能源等领域具有较为广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种制备含有石墨烯的基板的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供衬底的步骤，包括：

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，

6.根据权利要求1所述的方法，其中，

7.根据权利要求1所述的方法，其中，

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将所述金属层与所述石墨烯层分离的步骤，包括：

9.一种含有石墨烯的基板，包括：

10.根据权利要求9所述的基板，其中，所述石墨烯层具有预设图案。

技术总结
本申请涉及一种含有石墨烯的基板及其制备方法，所述方法包括：提供衬底，衬底包括绝缘层和设置于绝缘层表面的金属层；将含碳前驱体提供至金属层背离绝缘层的表面；施加激光源至含碳前驱体的表面，以使含碳前驱体中的碳原子扩散至金属层中形成含碳固溶体；移除激光源，以使含碳固溶体中的碳原子至少析出至金属层面向绝缘层的一侧，并形成位于绝缘层表面的石墨烯层；将金属层与石墨烯层分离，留存绝缘层和位于绝缘层表面的石墨烯层，制备得到基板。根据本申请实施方式所述的方法获得石墨烯材料的品质较好。

技术研发人员：张楷浩,傅子川,廖仲昆
受保护的技术使用者：香港科技大学（广州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25