[发明专利]一种石墨壳的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于石墨领域，尤其涉及一种石墨壳的制备工艺。

背景技术

一般来说内核具有某种功能性质，而外壳具有一定保护甚至强化内核性能的作用、 或者可以引入新的性能，外壳复合材料可以是零至三维的纳米或微米尺寸的结构材料。 壳结构通常表现出比单一成分更加优异的物理及化学性能，而增强了的性能主要归因 于外壳的作用，这些优点使核壳结构在光学、磁学、生物、催化、能量转化和储存等 方面呈现出潜在的应用价值。虽然壳结构的应用领域已经很多，制备新型的核壳结构 并拓宽核壳结构的应用范围仍是非常必要的。制备碳素壳结构的方法很多，包括：传 统的及改良的碳弧放电技术、高温分解金属有机物、高温退火处理碳基材料或者金属 前驱体、爆炸或催化分解甲烷等方法。

发明内容

为了克服上述问题，本发明目的涉及一种石墨壳的制备工艺，铜是一种廉价的金 属却具有极好的电、光和热学性质，可被广泛地应用在催化、电子及光电子学等领域。 因此制备以铜为内壳的碳素材料，应用广泛。

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种石墨壳的制备工艺，其特 征是：铜薄膜的制备：将对靶磁控溅射制备的铝薄膜放入射频等离子体增强化学气相 沉积设备(RF-PECVD)的反应室中，采用DPS-Ⅲ型超高真空对靶磁控溅射镀膜设置 来制备厚度为80nm的铜薄膜，使用的基片为单晶Si200，靶材是直径为8cm的高纯 铝靶。

所述的石墨核壳结构材料的制备：将Si200基片分别用丙酮、酒精和去离子水超 声清洗15min后放入镀膜设备的样品台上，当真空室的背景压强低于3×10⁴Pa后， 开始在Si200上沉积铝膜，沉积过程中，Ar气流量为50sccm，溅射压强为0.3Pa，并 保持反应室的气体压强为200Pa，开始升温，50min后将铝薄膜升温到800℃并恒温 10min，获得铜石墨颗粒。

本发明的特点是：碳纳米材料具有高的比表面积、好的机械强度和高的电子传导率 等优异的性质。由于碳纳米管尖锐的顶端可以形成局域的电场而促进电子发射，从而使 得碳纳米管及其复合材料在场发射性能方面的研究非常广泛。然而，较高的发射电流所 产生的焦耳热会造成碳纳米管顶端的变形，进而导致碳纳米管的发射稳定性变差。石墨 烯纳米片的分布密度也会妨碍局域电场的增强，密度越大电场屏蔽效应越强，可见，对 于石墨烯纳米片来说，降低电场屏蔽效应(即增强局域电场)来提高材料的场发射性能 是非常必要的。然而，铜具有良好的导电性、良好的导热性、良好的热力学稳定性和较 低的电阻温度系，可以弥补这一缺点。本发明通过直流磁控溅射和射频等离子体增强化 学气相沉积的方法制备了石墨核壳结构材料。Cu颗粒的引入可以有效地提高材料的场 发射性能，通过调制石墨烯的形貌，可以有效的改善石墨烯的场发射性能，使其在场发 射器件中具有潜在的应用。本发明利用石墨和铜特性优势互补，制备了石墨壳结构 (GS/CC)材料，降低成本的同时显著提升核壳结构材料的场发射性能，在信息技术、 和传感器等领域具有潜在的应用。

具体实施方式

该一种石墨壳的制备工艺，其特征是：铜薄膜的制备：将对靶磁控溅射制备的铝 薄膜放入射频等离子体增强化学气相沉积设备(RF-PECVD)的反应室中，采用DPS-Ⅲ 型超高真空对靶磁控溅射镀膜设置来制备厚度为80nm的铜薄膜，使用的基片为单晶 Si200，靶材是直径为8cm的高纯铝靶。

所述的石墨核壳结构材料的制备：将Si200基片分别用丙酮、酒精和去离子水超 声清洗15min后放入镀膜设备的样品台上，当真空室的背景压强低于3×10⁴Pa后， 开始在Si200上沉积铝膜，沉积过程中，Ar气流量为50sccm，溅射压强为0.3Pa，并 保持反应室的气体压强为200Pa，开始升温，50min后将铝薄膜升温到800℃并恒温 10min，获得铜石墨颗粒。