[发明专利]铜镍合金及其制备方法和应用、二维材料生长衬底

说明书

本发明提供一种铜镍合金及其制备方法和应用，以及二维材料生长衬底，该铜镍合金的制备方法包括：对铜箔进行预退火处理；预退火处理后的铜箔经镀镍处理得到铜镍复合箔；及铜镍复合箔经退火合金化处理，得到铜镍合金。本发明通过对铜箔进行预退火处理，可有效解决铜镍原子在退火合金化过程当中因应力释放导致的箔材卷曲、表面粗糙化的问题，得到表面平整度Ra＜150nm的铜镍合金。该铜镍合金可作为衬底生长二维材料，例如石墨烯，有效提高石墨烯质量，降低石墨烯转移破损率。本发明的制备方法工艺简单、成本低，对进一步实现和拓展石墨烯的高端应用具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种铜镍合金及其制备方法和应用、二维材料生长衬底。

背景技术

二维材料，是指电子仅可在两个维度的纳米尺度(1～100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱、石墨烯等。其中，高质量、大面积的二维材料可控制备是实现其工业化应用的重要前提。以石墨烯为例，基于过渡金属催化的化学气相沉积(CVD)法是已知方法中最可能实现高质量、大面积石墨烯合成的方法。然而，目前用CVD方法在单一金属铜或镍催化剂表面合成的石墨烯质量仍低于人们的期望值，其中一个主要的原因是用于石墨烯CVD生长的金属催化剂各有其优缺点，很难同时满足石墨烯生长速度快、质量高、均匀性好这几个条件。

一个有效的解决办法是使用铜镍合金催化剂，目前实验上已经发现合金催化剂在快速合成高质量、大面积的单晶石墨烯方面具有特殊优势。但铜镍衬底在高温退火合金化的过程当中会出现应力导致的表面粗糙以及边缘起皱问题，衬底表面的粗糙会导致石墨烯生长过程当中形成大量的褶皱，影响其电子迁移率以及其使用性能，另外衬底表面的粗糙会导致石墨烯转移过程的破损。再者，目前市场上通过电镀获得的铜镍合金箔材，往往是多晶，使用这样的箔材作为衬底生长石墨烯，会在石墨烯畴区长大拼接的过程中引入晶界，从而降低石墨烯的质量，同时降低石墨烯品质的均匀性。

因此，探索一种有效获得表面平整度好的铜镍合金衬底的方法，对进一步实现和拓展石墨烯的高端应用具有重要的意义。

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发明的背景理解，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

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种铜镍合金及其制备方法和应用，以及二维材料生长衬底，以解决现有方法制备的铜镍合金作为衬底时所生长的二维材料，尤其是石墨烯的质量低、转移过程易破损等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种铜镍合金的制备方法，包括：将铜箔进行预退火处理；所述预退火处理后的铜箔经镀镍处理，得到铜镍复合箔；及所述铜镍复合箔经退火合金化处理，得到所述铜镍合金。

根据本发明的一个实施方式，所述铜箔为多晶铜箔或单晶铜箔，所述铜箔的厚度为10μm～100μm。

根据本发明的一个实施方式，所述铜箔为高指数面单晶铜箔。

根据本发明的一个实施方式，所述预退火处理在惰性气氛下进行，所述预退火处理的温度为800℃～1050℃，所述预退火处理的时间不少于30分钟。

根据本发明的一个实施方式，所述退火合金化处理在惰性气氛下进行，所述退火合金化处理的温度为1000℃～1100℃，所述退火合金化处理的时间不少于1小时。

根据本发明的一个实施方式，所述镀镍处理的方法选自电化学法、磁控溅射法、气相沉积法和真空蒸发镀法中的一种或多种。

根据本发明的一个实施方式，所述镀镍处理后得到的镍的厚度为0.5μm～20μm。

本发明还提供一种铜镍合金，采用上述方法制备。