[发明专利]通过异质外延生长的石墨烯的大面积沉积方法及包含其之产品

权利要求书

1.一种制造石墨烯薄膜的方法，该方法包括：

提供后支撑基底；

直接或间接地将催化剂薄膜设置在所述后支撑基底上；

将含烃气体引入到所述催化剂薄膜上；

加热所述后支撑基底以使所述含烃气体至少部分的在所述含烃气体中脱碳，从而促进石墨烯在所述催化剂薄膜中和/或薄膜上生长；和

快速冷却所述后支撑基底以使在制造所述石墨烯薄膜的过程中促进石墨烯直接或间接地在所述催化剂薄膜的最外层表面上结晶。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂薄膜具有大体上单向大颗粒的晶体结构，所述催化剂薄膜中的该晶体具有沿长轴数十微米数量级的长度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂薄膜包含金属。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述催化剂薄膜包含至少下列金属中的一种：镍、钴、铁、坡莫合金、镍铬合金、铜及其组合。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述催化剂薄膜包含镍铬合金，其中铬在所述镍铬合金中的含量为3-15％。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述含烃气体包括C₂H₂气体。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述含烃气体包括CH₄气体和氩气。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述含烃气体是在5-150毫托的压强下被引入。 

9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述加热期间所述后支撑基底被加热到800-900℃的温度。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却是用惰性气体来进行的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述的冷却将所述后支撑基底的温度降到700度或更低。

12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用相衬确定何时通过加强石墨烯在所述催化剂薄膜最外层表面上的能见度来停止开始所述冷却。

13.根据权利要求14所述的方法，其中对石墨烯能见度的加强包括在所述催化剂薄膜上设置聚合物基的材料覆盖石墨烯。

14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用氢原子蚀刻掉至少一部分所述石墨烯薄膜。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯薄膜为n级HEG石墨烯薄膜，其中n＝2-3。

16.一种异质外延生长石墨烯薄膜的方法，该方法包括：

提供后支撑基底；

直接或间接地将金属催化剂薄膜设置在所述后支撑基底上；

将含烃气体在5-150毫托的压强下引入到所述金属催化剂薄膜上；

加热所述后支撑基底到高于约700℃的温度以使所述含烃气体至少部分的在所述含烃气体中脱碳；

在所述金属催化剂薄膜上生长石墨；

使用氢原子蚀刻所述金属催化剂薄膜以形成石墨烷；及

使用氢原子进一步蚀刻所述石墨烷以形成石墨烯。 

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述催化剂薄膜包含至少下列金属中的一种：镍、钴、铁、坡莫合金、镍铬合金、铜及其组合。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述含烃气体包括C₂H₂气体，或CH₄气体与氩气。

19.一种直接或间接地异质外延生长在具有大体上单向大颗粒晶体结构的金属催化剂薄膜上的石墨烯薄膜，其中该石墨烯薄膜为1-10个原子层厚。

20.根据权利要求19所述的具有薄膜电阻为150欧姆/平方或更小的石墨烯薄膜，其中所述石墨烯薄膜在整个可见光与红外光谱范围内的传输在每个原子层大体上一致地降低不足3％。