专利名称：具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法
技术领域：
本发明描述了一种通过自组装与低温热处理相结合技术制备具有规则形状的石
墨烯单晶畴方法。
背景技术：
石墨烯自2004年在实验室出现以后，凭借其独特的电学性能，力学性能，磁学性能，超强度，超导热性，独特的宏观量子效应，生化性能等引起了全世界的研究热潮。而首先制备出石墨烯的英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈 杰姆和克斯特亚 诺沃塞洛夫因此而获得了 2010年的诺贝尔物理学奖。经过这几年对石墨烯的研究，人们发现，石墨烯进入工业化生产领域的时代已经到了。目前制备石墨烯的方法主要有以下几种微机械分离法，取向附生法，加热SiC 法，化学气相沉积的方法(CVD)，化学还原法，化学解理法。而使用这些方法都很难使石墨烯生长成有规则的形状和很小尺寸(IOnm以下)的单晶畴。然而，石墨烯基纳米器件的制备工艺中，尺寸在纳米范畴并具有规则形状的单晶石墨烯是必不可少的。最重要的是采用常规方法制备不出有规则形状的石墨烯单晶畴。
发明内容
本发明提供一种具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，
提供了一种具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，所述方法包括在金属表面上通过分子自组装技术和热处理方法使芳香族化合物能够形成有规则形状的石墨烯单晶畴。具体的过程为采用有机分子沉积方法，将有机分子淀积到金属表面，用热处理的方法使碳源裂解从而使碳在金属表面上形成具有规则形状的石墨烯单晶畴。其中碳源包括芳香族化合物其族内的一种或多种的组合物，或者芳香族化合物其族内的一种或者多种与其他物质的组合物。其中金属表面包括金属表面包括由元素周期表中碱金属元素、碱土金属元素、类金属元素、过渡金属元素、镧系元素、锕系元素以及主族元素中的铝、镓、铟、锡、铊、铅、铋元素中的一种元素或者多种元素组成的金属表面。其中热处理方法包括红外线加热、电磁加热、微波加热、电阻炉、感应加热、辐射加热、电子束轰击加热、激光、等离子体、表面等离子体激元等。其中热处理的时间及温度区间在50C至300° C之间的温度，执行热处理0. 001 小时至100小时之间的时间。其中规则形状包括三角形，四边形，五边形，六边形，七边形，八边形，九边形，十边形，以及包含前述形状中一种或者多种形状的组合。其中单一的规则形状的石墨烯单晶畴的长度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面积范围为 InnTlOOOO nm2。其中生长时的环境气压在K^pa-Wpa之间。
其中热处理时的环境气压在K^pa-Wpa之间。本发明的技术效果是该发明弥补了传统刻蚀方法无法实现尺度在IOnm以下石墨烯器件微加工的不足，以及满足了制备各种石墨烯器件所需的形状和单晶度要求。
通过参考附图进一步详细地描述上面的和其它方面的特征和优点的示例性实施例。图1示意性示出根据有机分子沉积技术制备具有规则形状的石墨烯单晶畴的方法。图2示意性示出根据示例1制备的有规则形状的石墨烯单晶畴的STM (扫描隧道显微镜)图像。图3示意性示出根据示例1制备的有规则形状的石墨烯单晶畴的高分辨率STM图像。具体实施方案
下文中，将参考示出了示例实施例的附图来更充分的描述是实施例。图1是采用有机分子束沉积技术将碳源(芳香族化合物)生长在金属表面上进行分子自组装2，通过热处理的方法使碳源裂解在金属表面1上形成有规则形状的石墨烯单晶畴3的示意图。其中碳源包括碳源包含芳香族化合物其族内的一种或多种的组合物，或者芳香族化合物其族内的一种或者多种与其他物质的组合物。其中金属表面包括金属表面包括由元素周期表中碱金属元素、碱土金属元素、类金属元素、过渡金属元素、镧系元素、锕系元素以及主族元素中的铝、镓、铟、锡、铊、铅、铋元素中的一种元素或者多种元素组成的金属表面。其中热处理方法有红外线加热、电磁加热、电子束轰击加热、微波加热、电阻炉、 感应加热、辐射加热、激光、等离子体、表面等离激元等等。或者通过包含前述的加热方法中的至少一种的组合执行热处理，而没有限制。其中生长时的环境气压在K^pa-Wpa之间。其中热处理时的环境气压在10_、『10° 3之间。具体的讲，该示例中给的石墨烯单晶畴的具体的生长气压和热处理气压都在10_8pa-10_7pa之间。热处理的时间及温度区间在50° C至300° C之间的温度执行热处理0. OOl 小时至100小时之间的时间。具体的讲，该示例中给的石墨烯单晶畴的热处理温度在 150° C-2500 C，执行热处理的时间在0. 3小时-1小时。其中，单一的规则形状的石墨烯单晶畴的长度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面积范围为 InnTlOOOO nm2。图2是通过自组装和热处理的方法制备的具有有规则形状的石墨烯单晶畴的扫描隧道显微镜图。具体的讲，从图中能明显的观察到多个三角形的规则形状结构和石墨烯的摩尔超结构图像。图3是通过自组装和热处理的方法制备的具有有规则形状的石墨烯单晶畴的高分辨率的扫描隧道显微镜图。具体的讲，从图中能明显的观察到石墨烯的原子图像。
权利要求
1.一种具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，其特征是在金属表面上通过分子自组装技术和热处理方法使芳香族化合物能够形成有规则形状的石墨烯单晶畴。
2.如权利要求1所述具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，其特征是所述的金属表面，其中，金属表面包括由元素周期表中碱金属元素、碱土金属元素、类金属元素、过渡金属元素、镧系元素、锕系元素以及主族元素中的铝、镓、铟、锡、铊、铅、铋元素中的一种元素或者多种元素组成的金属表面。
3.如权利要求1所述的具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，其特征是热处理方法，其中，加热的方法包括红外线加热、电磁加热、电子束轰击加热、微波加热、电阻炉、感应加热、辐射加热、激光、等离子体、表面等离子体激元加热。
4.如权利要求1所述的具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，其特征是热处理方法，其中，热处理温度和时间包括在50° C至300° C之间的温度执行热处理0. 001小时至100小时之间的时间。
5.如权利要求1所述的具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，其特征是芳香族化合物为碳源，其中，碳源包含芳香族化合物其族内的一种或多种的组合物，或者芳香族化合物其族内的一种或者多种与其他物质的组合物。
6.如权利要求1所述的具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，其特征是石墨烯畴，其中，单一的规则形状的石墨烯单晶畴的长度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面积范围为 InnTlOOOO nm2。
7.如权利要求1所述的具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，其特征是所述规则形状，其中，规则形状包括三角形，四边形，五边形，六边形，七边形，八边形，九边形，十边形，以及包含前述形状中一种或者多种形状的组合。
全文摘要
一种具有规则形状的石墨烯单晶畴的制备方法，其特征是在金属表面上通过分子自组装技术和热处理方法使芳香族化合物能够形成有规则形状的石墨烯单晶畴。该发明弥补了传统刻蚀方法无法实现尺度在10nm以下石墨烯器件微加工的不足，以及满足了制备各种石墨烯器件所需的形状和单晶度要求。
文档编号C30B29/64GK102345168SQ20111030483
公开日2012年2月8日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者刘拉程, 柳树毅, 王立, 陈秀 申请人:南昌大学