[发明专利]竖直石墨烯及其生长方法

说明书

本公开提供一种竖直石墨烯及其生长方法，该竖直石墨烯的生长方法包括：提供一基底，所述基底置于反应腔室；通入碳源并额外引入竖直方向的电场于所述反应腔室，以在所述基底表面进行气相沉积反应生长竖直石墨烯。通过向气相沉积反应体系引入竖直电场，使石墨烯可以严格沿竖直方向生长，得到完全垂直于基底的竖直石墨烯。该方法简单、高效，可实现快速生长竖直石墨烯。

技术领域

本公开涉及石墨烯领域，具体涉及一种竖直石墨烯及其生长方法。

背景技术

化学气相沉积法(CVD)是用来生长石墨烯薄膜的常规方法，但由于受到生长温度高和生长速率慢的限制，科学家们提出了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统，利用等离子体发生源的引入，为碳源前驱体的分解提供了额外的能量，特别是在相对较低的温度下，甚至在催化能力低于金属基底的非金属基底上也能生长出质量较高的石墨烯。

PECVD法常被用来生长竖直石墨烯。就等离子源的种类而言可以将PECVD分为微波等离子源MW-PECVD(Ueda K.et al.Jpn.J.Appl.Phys.2005,44,2074)、射频等离子体源RF-PECVD(Sato G.et al.Jpn.J.Appl.Phys.2006,45,5210)及直流等离子体源DC-PECVD(Kehan Yu et al.Nanoscale Res.Lett.2011,5,202)。在这些方法中最常用的还是RF-PECVD，2004年Masaru Hori组用六氟乙烷作为碳源，生长竖直石墨烯高度只有1～2μm(HoriM.et al.Appl.Phys.Lett.2004,84,4708)，在2005年他们用同样的方法8h制备竖直石墨烯厚度达1.5μm左右(Hori M.et al.Diam.Relat.Mater.2005,14,831)。2013年MianhengJiang课题组用甲烷作为碳源，1h生长竖直石墨烯高度达130nm(Yang C.etal.J.Mater.Chem.A 2013,1,770)。2011年D.M.Manos课题组用乙炔作为碳源在1000W功率下10min内生长竖直石墨烯高度达2μm(Manos D.M.et al.Carbon 2011,49,2526)。而在2015年，Heeyeop Chae课题组通过引入铜催化剂的方式用乙炔作为碳源，12min生长出270nm高的竖直石墨烯(Chae H.et al.Nanoscale Res.Lett.2015,10,1019)。

然而，整体而言利用RF-PECVD制备的石墨烯都不是严格意义上垂直于基底的竖直石墨烯，且该方法在竖直方向上生长石墨烯的速率较慢，因此以上提到的多种制备方法和结果都无法完全满足实用的需求。

基于此，为了实现快速生长竖直石墨烯阵列，从而实现竖直石墨烯广泛的商业化应用，就要从制备过程角度出发，探究一种简洁高效的生长竖直石墨烯的方法，以解决现有技术中存在的问题。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种竖直石墨烯及其生长方法，通过向气相沉积反应体系中引入电场，在电场辅助作用下得到了完全垂直于基底的竖直石墨烯。该方法工艺简单、成本低且容易实现，有良好的工业应用前景。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种竖直石墨烯的生长方法，包括提供一基底，基底置于反应腔室；通入碳源并引入竖直方向的电场于反应腔室，以在基底表面进行气相沉积反应生长竖直石墨烯。

根据本公开的一个实施方式，电场强度不超过3000V/m。

根据本公开的一个实施方式，碳源选自甲醇、乙醇和甲烷中的一种或多种。

根据本公开的一个实施方式，气相沉积反应为等离子体增强化学气相沉积反应。