[发明专利]一种利用石墨烯作为保护层制备TEM样品的方法

说明书

本发明公开了一种利用转移或利用化学气相沉积直接生长的石墨烯作为保护层制备TEM样品的方法，其主要特点是将石墨烯转移到或者直接生长到需要制备TEM样品的材料表面，利用石墨烯来避免所需观察的材料在样品制备过程中造成的损伤与污染，并得到含有石墨烯保护层的TEM样品，若此保护层不影响实验观察，可将其直接放入透射电镜观察，若想除掉这层保护层，则在高温下(550℃)煅烧一段时间(2h)将其除去即可。本发明对于结构完整、零损伤TEM样品的制作具有重大意义。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种利用石墨烯保护层制备TEM样品的方法。

背景技术

任何材料都有与外界接触的表面，与其内部本体相比，无论是在结构上还是在化学组成上都有明显的差别，目前研究材料表面最主要的手段是STM，但基于STM的原理，这种方法仅限于对非绝缘体材料表面的研究，对于一些有重大应用前景的绝缘体材料却束手无策。而透射电子显微镜(TEM)却能很好的解决这个问题，无论绝缘还是非绝缘材料，我们都能通过TEM来探究其性质，能够更加直观的在原子尺度上对相关材料进行调控。但在制作TEM样品的过程中，样品表面很容易被污染和损坏，使得样品失去其本征晶体结构，对我们进一步观察和构建材料的构效关系产生不可避免的影响。石墨烯是由碳原子以sp2杂化形成的六角蜂窝状平面二维超薄薄膜材料，除质子外，原子等均不能透过，在减薄过程中可以很好的保护样品表面结构，使其不受其他外界粒子的破坏，且对样品施加外力时，石墨烯的碳原子面会弯曲变形来弛豫受到的力；此外，在高温下煅烧石墨烯，能够使其氧化为CO2气体挥发掉。我们利用石墨烯超薄、柔韧、能够屏蔽外界粒子且高温能去除的特性，将金属衬底上生长的石墨烯转移或直接生长到所需观察材料的表面作保护层，在制样过程中保护样品表面，进而得到结构完整、零损伤TEM样品，这对于我们探究材料性质、开拓研究方法有着不可替代的作用。

发明内容

针对目前TEM样品制备过程中的一些技术问题，如截面样样品的表面会在离子减薄过程中被打坏导致无法判断该样品表面的实际情况、样品表面的污染(制样过程中会有杂质元素向界面偏析的现象)，以及样品表面产生应力等问题，本发明提供一种利用转移或利用化学气相沉积直接生长的石墨烯作为保护层制备TEM样品的方法。

具体的，转移步骤如下：

(1)在金属箔(铜箔或者镍箔)衬底上利用化学气相沉积法生长连续石墨烯薄膜，将4％PMMA溶液旋涂到长有石墨烯的金属箔基底表面；

(2)热台温度设定为70℃，将旋涂PMMA的石墨烯/金属箔置于热台加热3～5min，使PMMA溶液中溶剂挥发干净；

(3)将石墨烯/金属箔以旋涂有PMMA的一面朝上的方式放到氯化铁溶液中，静置至基底与石墨烯/PMMA层分离；

(4)用干净的滤纸片将石墨烯/PMMA层捞取到纯净的去离子水中，滴加1～2滴异丙醇，使石墨烯/PMMA充分舒展、运动，以除去其表面吸附的氯化铁；

(5)将蓝宝石衬底(此处不仅限于蓝宝石衬底，其他任一种需要保护的材料均可)依次用超纯水、异丙醇、丙酮各超声清洗5min，清洗完毕使用氮气吹干，其中超声的功率为90W；

(6)用所需大小的清洗过后的待制样TEM样品(长宽分别为5×5mm为宜)捞取石墨烯/PMMA，70℃加热使薄膜紧紧贴附在样品表面；

(7)取一烧杯加入适量丙酮加热至煮沸，用镊子夹住PMMA-石墨烯/蓝宝石，转移有石墨烯的一面朝下置于丙酮液面上方1-2cm处，静置10-15min，使丙酮在蓝宝石表面冷凝回流以除去PMMA，之后取出并用氮气吹干即可；

具体的，直接在所需制样的耐高温的材料上生长石墨烯的参数如下：

所述石墨烯化学气相沉积中，化学气相沉积的方法具体可为常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。