[发明专利]一种利用非晶碳低温制备石墨烯的方法

权利要求书

1.一种利用非晶碳低温制备石墨烯的方法，其特征在于：在真空腔体中使用Ni、Fe、Co其中一种磁性金属作为基台，在基台处设置电磁铁，在加偏压的情况下，基台处形成了由闭合磁场约束的等离子氛围，基底置于基台上，基台元素被反溅射到基底上，依次通过反溅射基台、溅射碳靶材或者离化含碳气体，在基底上沉积磁性金属/非晶碳多层薄膜，然后使用热处理炉，通过控制退火温度和退火时间，最终得到不同层数和不同结晶度的石墨烯；离化含碳气体是将含碳气体电离成含有碳原子的基团；

所述的利用非晶碳低温制备石墨烯的方法，具体包括以下步骤：

A. 利用真空腔室中基台加偏压沉积金属膜：将光滑、洁净的基底置于镀膜机的真空腔室内磁性金属的基台上，然后抽真空至10^-3 Pa以下，通入氩气作为离化气体，对磁性基台加偏压，由于基台处磁场对等离子体的束缚作用，Ar等离子体对基台的轰击作用增强，轰击产生的高能粒子直接沉积到基底表面；

B. 利用沉积技术制备非晶碳薄膜：所述沉积技术包括溅射镀膜或等离子化学气相沉积的任意一种；

溅射镀膜的操作过程为：在真空腔室中通入溅射气体，使用溅射功率为100-800 W的电源溅射含碳靶材，Ar在高压作用下被击穿，成为等离子体轰击靶材，靶材溅射出来的粒子沉积到基底上；

等离子化学气相沉积的操作过程为：在沉积过程中通入含碳气体，这些气体在高压下击穿成为含有碳原子基团的等离子体，碳粒子沉积到基底表面，通过调节含碳气体流量和溅射含碳靶材功率，在基底上沉积不同厚度的非晶碳薄膜；

C. 利用退火炉进行低温退火处理：将制备的样品在真空、惰性或者还原性气氛中，进行低温退火处理，得到不同层数和不同结晶度的石墨烯；气压为6.0×10^-7～3.0×10^-3 Pa，退火温度为300～800 ℃， 退火时间为10 s-10 min。

2.根据权利要求1所述的利用非晶碳低温制备石墨烯的方法，其特征在于：在步骤A中，基底选自硅片、玻璃、钢、钛合金中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的利用非晶碳低温制备石墨烯的方法，其特征在于：在步骤A中，等离子体活化工艺参数范围为：气压0.2～7.0 Pa，偏压 -1200～ -100V。

4.根据权利要求1所述的利用非晶碳低温制备石墨烯的方法，其特征在于：金属基台包括镍、铁、Co中的其中一种金属，通入的含碳气体包括甲烷、乙炔其中一种，含碳靶材为石墨靶。

5.根据权利要求1所述的利用非晶碳低温制备石墨烯的方法，其特征在于：在步骤B中，制备非晶碳薄膜的工艺参数范围为：腔体气压0.2～2.0Pa，Ar与CH₄或C₂H₂的气体体积流量比6：1～1：6，靶材溅射电流1～25 A，溅射功率100-800 W，薄膜厚度10 nm～20 µm。