[发明专利]一种石墨薄膜的制备方法

说明书

本申请提供一种石墨薄膜的制备方法，包括以下步骤：获取镍衬底；将固态碳源覆盖于镍衬底的上表面，固态碳源与镍衬底的上表面紧密接触；将已覆盖固态碳源的镍衬底放入无氧反应器中；对镍衬底进行加热使镍衬底的温度达到设定温度，设定温度的范围为500‑1500摄氏度；将镍衬底在设定温度保持设定时间；对镍衬底进行降温使镍衬底的温度降至室温；去除镍衬底的上表面残余的固态碳源，镍衬底的上表面和下表面均获得石墨薄膜。本申请提供的石墨薄膜的制备方法重复性高、简单易行，能够用于大面积高质量石墨薄膜的规模批量制备；且该方法能够利用固态碳源在镍衬底上下表面制备出大面积、高质量、层数可控、分布均匀且可转移的石墨薄膜。

技术领域

本申请涉及碳薄膜制备技术领域，特别涉及一种石墨薄膜的制备方法。

背景技术

石墨薄膜具有金属材料的导电、导热性能、化学稳定性、高润滑性能，还具有类似有机塑料一样的可塑性。这些优良的性能使得石墨薄膜在电子,通信,照明,航空及国防军工等许多领域都得到了广泛的应用。

目前制备大面积石墨薄膜的方法主要有两种：一种是采用旋涂等薄膜制备工艺将石墨烯粉体旋涂在目标衬底上，另一种是化学气相沉积(CVD)法在金属衬底上直接生长。第一种制备方法的特点是成本较低，工艺简单、制备效率高；但是，这种方法制备的薄膜一个重要特点是其虽然面积很大，但是薄膜本身由无数石墨烯小片堆叠而成，在二维方向上是不连续的。CVD法是一种经济、省时，可以制备大面积石墨烯的一种方法，该方法制备的石墨烯最大的优点就是横向连续性好，质量高。同样，用CVD法制备的石墨薄膜，由于其中的各层石墨烯在横向上是连续的，也具备高质量的特点。

由于碳原子在金属衬底表面的移动能力强，CVD法在金属衬底上制备的石墨烯单晶晶畴尺寸更大，质量更高。目前，CVD石墨烯制备最常用的金属衬底为铜基衬底和镍基衬底。其中后者由于融碳量大更适于生长多层石墨烯。另外，在碳源选择上，CVD法制备石墨烯主要选择甲烷等气态碳源，它的优点是供源均匀，污染少。有少量用液态或者固态碳源的报道，但即使用液态或者固态碳源，这些碳源通常也不会和衬底直接接触，高温时，这些碳源自行分解，到达衬底表面时已经转化为气态碳源，不利于图形化石墨薄膜的制备。

发明内容

本申请要解决的是现有石墨薄膜的制备方法复杂，石墨薄膜不易图形化的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种石墨薄膜的制备方法，包括以下步骤：

获取镍衬底；

将固态碳源覆盖于镍衬底的上表面，固态碳源与镍衬底的上表面紧密接触；

将已覆盖固态碳源的镍衬底放入无氧反应器中；

对镍衬底进行加热使镍衬底的温度达到设定温度，设定温度的范围为500-1500摄氏度；

将镍衬底在设定温度保持设定时间；

对镍衬底进行降温使镍衬底的温度降至室温；

去除镍衬底的上表面残余的固态碳源，镍衬底的上表面和下表面均获得石墨薄膜。

进一步地，镍衬底为单质镍或镍合金材质。

进一步地，单质镍包括镍箔、镍粉和镍块中的一种或多种的组合；

镍合金包括铜镍、铁镍、钴镍、铬镍、钨镍、钼镍和锰镍中的一种或多种的组合。

进一步地，固态碳源包括石墨、木炭、煤炭和含碳的高分子化合物中的一种或多种的组合。

进一步地，将固态碳源覆盖于镍衬底表面，具体包括：

将粉体状的固态碳源直接铺在镍衬底表面；

或；

将液态试剂与固态碳源混合后涂覆在镍衬底表面。