[发明专利]基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法

说明书

本发明公开了基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法，涉及直立石墨烯复合物制备技术领域，包括以下步骤：a，通过磁控溅射将金属催化剂均匀溅射在基底表面；b，将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于含碳气体环境中，制得纳米类金刚石薄膜；c，将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底，置于氢气环境下，缓慢升温，随后维持使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。通过产物扫描电镜照片，直立石墨烯生长在纳米类金刚石薄膜表面，有效提升与基底的附着力，适用于一些特殊功能器件，解决了形成的直立石墨烯层微观上底部有较多无定形碳影响材料质量和性能等问题。

技术领域

本发明涉及直立石墨烯复合物制备技术领域，具体为基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法。

背景技术

在目前热门的新型材料方面，石墨烯作为一种“未来材料”备受关注。它是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料，其特征轻若无物，又坚比钢铁，以其优异的导电性、透光性和强韧度，将在电子、能源、环境等多个领域发挥非常大的应用潜力。

直立石墨烯是一种垂直于基底的墙状石墨烯纳米材料，具有较大的有效比表面积和优异的光学、电学性能，在光检测、电子发射、化学电极等光电器件中发挥重要作用。专利申请CN202210129657.2 一种直立石墨烯电化学微电极结构，公开了一种利用直立石墨烯结构的化学微电极结构，具有灵敏度高、稳定性好、使用寿命长等优点；专利申请CN202111350525.4一种直立石墨烯电化学电极检测芯片及其制作方法，公开了一种在基材上预制凹槽，直立石墨烯层生长填充于凹槽内，形成电化学电极集成化检测芯片，降低检测芯片的厚度，提高了后续应用的稳定性和可靠性。专利申请CN202111177924.5一种直立石墨烯/纳米银复合材料及其制备方法和应用，公开了直立石墨烯/纳米银复合材料，并应用在作为集流体材料在制备电池方面，直立石墨烯具有低的微观结构曲折度和较小的质量，是理想的直流体材料。诸如此类关于直立石墨烯的研究和应用还有很多，可见直立石墨烯以其优异的特性和使用效果，在各个领域已经备受关注。

但是，直立石墨烯在边缘位置具有大量的结构缺陷，现有的直立石墨烯主要利用化学气相沉积将碳原子沉积在基底上，制备工艺复杂且制备条件苛刻，阵列间距较小，且垂直方向的尺寸生长受限；形成的直立石墨烯层微观上底部有较多无定形碳影响材料质量和性能，宏观上易刮蹭、掉渣，不耐异物直接接触。目前，人工合成直立石墨烯的方法主要有化学气相沉积法（CVD）、激光法等，这些方法生成的直立石墨烯层底部含有大量未石墨化的无定形碳薄膜，极大影响了直立石墨烯结构在光学、电学器件的性能。

因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。

发明内容

本发明为了解决目前直立石墨烯层底部含有大量未石墨化的无定形碳薄膜，极大影响了直立石墨烯结构在光学、电学器件的性能等一系列问题，提供了基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法。

本发明采用如下技术实现：

本发明提供基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物制备方法具体工艺如下：

a，磁控溅射

通过磁控溅射将金属催化剂均匀溅射在基底表面；

b，制备纳米类金刚石薄膜

在600~900 ˚C下，将步骤a制备的溅射有金属催化剂薄膜的基底置于含碳气体环境中，制得纳米类金刚石薄膜；

c，制备直立石墨烯复合物

将步骤b制得的沉积纳米类金刚石薄膜的基底，置于氢气环境下，缓慢升温，随后维持在800~1000℃，维持时间为10~60min，使纳米类金刚石石墨化，得到基于纳米类金刚石薄膜的直立石墨烯复合物薄膜。氢气的加入有助于刻蚀掉纳米类金刚石薄膜中的洋葱碳（无定型碳），促使亚稳态的纳米类金刚石薄膜石墨化，此外由于纳米类金刚石薄膜自身的内应力较大，当对其施加高温时，晶体结构内部不稳定，内应力释放促使直立石墨烯结构的生成。