[发明专利]石墨烯薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯及其制备方法，所属制备方法包括：提供基体；采用物理气相沉积方法在所述基体上沉积非晶碳膜和在所述非晶碳膜上沉积Ni膜，并使所述非晶碳膜中的碳原子与所述Ni膜的镍原子的个数比为1:6～1:3；对沉积有非晶碳膜和Ni膜的基体进行退火处理；以及去除Ni膜，得到石墨烯薄膜。该制备方法可以在所需基体上实现大面积石墨烯薄膜的可控制备，且所得到的石墨烯薄膜为双层石墨烯薄膜或少层石墨烯薄膜，质量高、均匀性好。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，特别是涉及石墨烯薄膜及其制备方法。

背景技术

由于石墨烯具有众多优异性能，是材料界的明星材料。因此，如何大面积、高质量、高产率的制备石墨烯受到广泛关注，也成为近十年来的研究热点。

目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、碳化硅外延生长法、化学氧化还原法、液相剥离法、化学气相沉积法等。其中，机械剥离法不适于工业化宏量制备，且剥离产率较低，制约了石墨烯的广泛应用。碳化硅外延生长法，是将SiC在高温下裂解，使得C原子进行重排得到石墨烯；然而该方法要求温度较高，且对单晶SiC要求苛刻，无法脱离SiC基体进行石墨烯生长。化学氧化还原法和液相剥离法，是指通过化学方法将氧化剂插入石墨层间剥离石墨获得氧化石墨烯，再用还原剂将氧化石墨烯还原；但是该方法会在剥离过程中对石墨烯造成破坏，并且还会在还原过程中引入很多其它基团和缺陷，因此该方法不适于制备高质量的石墨烯。化学气相沉积法是通过高温裂解气体碳源(CH₄、C₂H₂)，利用Cu、Ni等金属催化制备石墨烯，具有工艺简单，效率高，质量好，所制备石墨烯面积大等优点。然而，目前化学气相沉积制备石墨烯的过程中需要通入氢气，具有一定危险性。同时，制备得到的石墨烯需要化学转移，无法实现石墨烯在所需基体上的原位生长，进一步化学转移过程也会带来一定缺陷，使石墨烯质量下降。

综上，需要发明一种简单可控的制备石墨烯的方法，实现石墨烯在所需基体上的大面积高质量原位生长，解决目前石墨烯无法真正走向应用的壁垒。

发明内容

基于此，有必要针对石墨烯的制备问题，提供一种石墨烯薄膜及其制备方法，该制备方法可以在所需基体上实现大面积石墨烯薄膜的可控制备，且所制备的石墨烯薄膜质量高、均匀性好。

一种石墨烯薄膜的制备方法，包括：

提供基体；

采用物理气相沉积方法在所述基体上沉积非晶碳膜和在所述非晶碳膜上沉积Ni膜，并使所述非晶碳膜中的碳原子与所述Ni膜的镍原子的个数比为1:6～1:3；

对沉积有非晶碳膜和Ni膜的基体进行退火处理；以及

去除Ni膜，得到石墨烯薄膜。

在其中一个实施例中，所述非晶碳膜的沉积时间为10s～5min；及/或

所述非晶碳膜的厚度为1nm～50nm。

在其中一个实施例中，所述物理气相沉积方法包括磁控溅射方法、磁过滤电弧离子镀方法中的至少一种。

在其中一个实施例中，磁控溅射方法沉积非晶碳膜时，以石墨作为靶材，靶材的功率密度为3W/cm²～6W/cm²，基体的偏压为-50V～-300V。

在其中一个实施例中，磁控溅射方法沉积Ni膜时，以金属Ni作为靶材，靶材的功率密度为2W/cm²～7W/cm²，基体的偏压为-50V～-300V。

在其中一个实施例中，所述退火处理的温度为700℃～1100℃，保温时间为30s～40min。

在其中一个实施例中，在真空或保护气氛下进行退火处理，所述保护气氛包括氮气、惰性气体中的至少一种。