[发明专利]一种离子注入辅助制备石墨烯玻璃的方法以及一种石墨烯玻璃

说明书

本发明涉及石墨烯制备技术领域，提供了一种离子注入辅助制备石墨烯玻璃的方法。本发明提供的方法包括以下步骤：在玻璃衬底上进行金属离子注入，得到金属离子掺杂的玻璃；在金属离子掺杂的玻璃表面进行化学气相沉积，直接得到石墨烯玻璃。本发明使用离子注入技术，将金属离子引入到玻璃表面，在石墨烯生长过程中，注入的金属离子在表面析出并有效地提升玻璃表面对于碳源的裂解能力，进一步促进石墨烯晶畴的成核和生长。实验结果表明，本发明提供的方法能够有效控制石墨烯的层数和改善石墨烯的质量，得到的石墨烯玻璃的光学透过率为79.9％～95.2％，面电阻为2.31～7.84kΩ/sq。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备技术领域，尤其涉及一种离子注入辅助制备石墨烯玻璃的方法以及一种石墨烯玻璃。

背景技术

石墨烯玻璃(Graphene Glass)是一种将石墨烯和玻璃结合在一起，发展出的新型复合材料，结合了玻璃和石墨烯的优点。通常玻璃作为一种典型的透明绝缘材料，具有成本低廉和透明度高的特点，然而，玻璃本身的导电和导热性都很差，限制了其在许多领域的发展。而石墨烯作为一种高透光性的二维材料，具有超高的导电、导热性，且疏水性较好，然而石墨烯是一种二维材料，需要依托在衬底上才能发挥出自身优异的性质。因此，把石墨烯和玻璃有效的结合起来可以把石墨烯超高的导电、导热和疏水性质赋予玻璃，同时还能保持玻璃本身透光性高的优点。

目前，对于如何在玻璃上覆盖一层石墨烯，主要有以下几种：

1、一是利用液相剥离法剥离石墨烯或以氧化石墨烯为原料旋涂在玻璃表面；这种方法获取的剥离石墨烯晶粒较小，缺陷多且层数不均匀，采用这种方式得到的石墨烯玻璃均匀性和品质都比较差，与预期存在巨大的差距。

2、二是利用化学气相沉积方法在铜箔或者镍箔上制备石墨烯，然后再通过转移的技术将石墨烯转移到玻璃上。这种方法需要使用转移工艺，存在着引入缺陷，褶皱，有机物污染以及和玻璃结合力弱等问题。这种方法最终会影响石墨烯玻璃的整体使用性能。

3、三是利用其他石墨烯薄膜制备方法直接在玻璃表面制备石墨烯薄膜。由于玻璃催化能力很弱，甲烷等碳源难以裂解，并且存在碳原子在玻璃上难以成核和扩散等问题。这种方法制备的石墨烯，层数和生长质量难以控制，无法满足石墨烯玻璃应用的要求。

发明内容

本发明提供了一种离子注入辅助制备石墨烯玻璃的方法以及一种石墨烯玻璃，本发明提供的方法可以有效地控制石墨烯的层数和提高石墨烯在玻璃上的生长质量，同时能够保证石墨烯玻璃具备优异的透光率和导电性。

一种离子注入辅助制备石墨烯玻璃的方法，包括以下步骤：

(1)在玻璃衬底上进行金属离子注入，得到金属离子掺杂的玻璃；

(2)在金属离子掺杂的玻璃表面进行化学气相沉积，得到石墨烯玻璃。

优选的，步骤(1)注入的金属离子的种类包括Cu离子、Ni离子和Au离子中的一种或多种。

优选的，所述金属离子掺杂的玻璃中金属离子的注入剂量为1×10¹⁵～5×10¹⁶ions·cm^-2。

优选的，所述金属离子注入的方式为：在真空条件下，将低能离子束注入到玻璃衬底表面；所述低能离子束的能量为5～100keV。

优选的，所述金属离子注入在离子注入机中完成。

优选的，所述化学气相沉积的压力为100kPa～102kPa。

优选的，所述化学气相沉积的退火气氛为氩气、氢气和甲烷的混合气体。

优选的，所述氩气的气体流量为50～500sccm，氢气的气体流量为10～100sccm，甲烷的气体流量为1～5sccm。