[发明专利]一种石墨烯快速剥离的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米导电薄膜材料技术领域，更具体地，涉及一种运用化学气相沉积法在镍片上生长石墨烯后，快速剥离石墨烯和镍片重复利用的新方法。

背景技术

从2004年英国曼彻斯特大学的Geim等利用机械分离方法在一块石墨上首次制备并观察到单层石墨烯以来，开启了石墨烯材料的研究热潮。石墨烯是由单层原子堆积而成，具有二维蜂窝晶体结构，由六边形晶格组成，这种特殊的结构赋予了石墨烯材料独特的光学、电学、热学和力学性能。这些优越的性能使其在纳米电子器件、锂离子电池电极材料、超级电容器、太阳能电池电极材料、储氢材料、传感器、光学材料、药物载体等方面表现出巨大的应用潜力。石墨烯的基础及应用研究已经进入迅猛发展阶段，石墨烯已经成为当今新材料中的“超级巨星”材料。目前，石墨烯材料的制备方法主要有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。其中，化学气相沉积作为一种快捷简单、成本低和可制备大面积石墨烯的技术手段备受科学家的关注。

利用热化学气相沉积技术制备石墨烯，通常是以碳氢化合物为碳源，以过渡金属(铁、钴、镍、铜及其合金)薄片作为催化金属基底，通过温度和气体流量调节控制基底的热处理和碳源裂解，然后控制降温，最后形成石墨烯。利用化学气相沉积技术所制备石墨烯通常是紧紧地附着在过渡金属表面，要进行石墨烯的基础研究或者应用研究，必须把石墨烯从金属基底上分离下来。目前常用的金属基底上生长的石墨烯要在腐蚀液(氯化铁溶液或者酸性溶液)中浸泡几个到几十个小时，把金属基底完全腐蚀掉后才能获得石墨烯。这个过程存在几个问题，一是耗时，通常需要几个到十几个小时；二是过渡金属的浪费，需要把金属基底完全腐蚀掉；三是石墨烯的破损和污染，长时间腐蚀过程会在石墨烯上附着大量的杂质颗粒，剥离过程极易产生破裂，这大大影响石墨烯的应用。由此可以看出，目前石墨烯剥离技术所存在的缺陷制约了其基础研究和应用。

因此，需要有一种技术能快捷、方便和低成本技术剥离石墨烯，以促进石墨烯的基础研究和更广泛的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供了一种快捷、方便和低成本剥离石墨烯的方法。

本发明提供了一种石墨烯快速剥离的方法，包括下述步骤：

S1：利用化学气相沉积法在镍片上生长石墨烯；

其中生长温度为750℃～1000℃，生长时间为10～30分钟，生长时通入气体为甲烷10～80sccm和氢气5～10sccm并保持生长气压为常压；

S2：将附着有所述石墨烯的镍片浸泡在氯化铁溶液中，经过电化学腐蚀后获得剥离后的石墨烯。

更进一步地，剥离石墨烯后的镍片经清洗后可重复利用。

更进一步地，所述氯化铁溶液的浓度为0.06mol／L-3.2mol／L。

本发明可以在几十秒内把石墨烯从金属镍片基底上剥离下来。由于剥离时间短，剥离后的石墨烯无破损，也没有杂质颗粒附着，而且石墨烯剥离后的镍片基底在去离子水中清洗后可重复利用，因此为快捷、方便、低成本、无损伤和无污染剥离石墨烯提供一种全新的思路，可大大促进石墨烯的基础研究和更广泛的应用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的石墨烯快速剥离的方法的流程图；

图2描述了可用于实施本发明的生长石墨稀的装置示意图；

图3描述了实施本发明的剥离生长在镍片上的石墨烯的原理图；

图4是本发明实施例石墨烯剥离过程的光学照片；

图5是本发明实施例所剥离石墨烯的扫描电镜形貌图；

图6是本发明实施例所剥离石墨烯的透射电镜微观结构图；

图7是本发明实施例所剥离石墨烯的拉曼谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。