[发明专利]基于控制离子注入的能量来制备石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，特别是涉及一种基于控制离子注入的能量来制备石墨烯的方法。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家使用微机械剥离的方法发现了石墨烯，并于2010年获得了诺贝尔物理学奖。由于石墨烯中载流子迁移率高达2*10⁵cm²·V^-1，其迁移率远远高于半导体行业中大规模应用的硅材料，因此被认为是未来纳米电子器件中硅的替代者。此外，石墨烯在光、电领域的应用也非常广泛，例如，基于石墨烯的锂离子电池、太阳能电池、气体探测器和一些器件等。不过，石墨烯在光、电领域的应用都是基于大面积、层数可控的石墨烯薄膜的基础上的。

目前制备石墨烯的方法主要有微机械剥离、SiC升华法、化学气相淀积和氧化石墨还原法。其中，微机械剥离法可以制备高质量的石墨烯，但是此方法制备的石墨烯面积小于1mm×1mm，只能用于基础实验研究；SiC升华法制备的石墨烯受衬底的影响很大，层数不均一，无法进行衬底转移；化学气相淀积法虽然可以制备大面积的石墨烯薄膜，并且易于衬底转移，但是此方法获得的石墨烯薄膜厚度的可控性较差，镍金属上会长出厚度不均匀的多层膜，而铜上只能生长出单层薄膜和少量的双层薄膜。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于控制离子注入的能量来制备石墨烯的方法，以获得质量好、大尺寸且层数可控的石墨烯薄膜。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于控制离子注入的能量来制备石墨烯的方法，其至少包括步骤：

1)基于至少一种注入能量向催化衬底注入碳离子；

2)对已注入碳离子的催化衬底进行退火处理以使注入的碳离子析出，并在所述催化衬底表面形成至少一层石墨烯薄膜层；以及

3)去除所述已形成至少一层石墨烯薄膜层的结构的催化衬底以获得至少一层石墨烯薄膜层。

优选地，所述步骤1)还包括：以注入能量递减的方式多次向催化衬底注入碳离子。

如上所述，本发明的基于控制离子注入的能量来制备石墨烯的方法，具有以下有益效果：所制备出的石墨烯薄膜质量好、尺寸大、且层数可控；相比于SiC升华法，本法制备的石墨烯易于转移；相比与化学气相沉积法，本法制备的石墨烯层数可控。

附图说明

图1-图4显示为本发明的基于控制离子注入的能量来制备石墨烯的方法的实施例一的流程图。

图5-图8显示为本发明的基于控制离子注入的能量来制备石墨烯的方法的实施例二的流程图。

元件标号说明

10、20       催化衬底

11、21、22   掺杂层

12、23、24   石墨烯薄膜层

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一：

如图所示，本实施例的基于控制离子注入的能量来制备石墨烯的方法包括以下步骤：

第一步：基于至少一种注入能量向催化衬底注入碳离子。其中，所述催化衬底包括任何一种对碳溶解度低的材料，优选地，包括但不限于：铜、镍等等。

例如，如图1所示，基于注入能量E0向铜衬底10注入碳原子，由此，基于注入能量E0的各碳原子分布在铜衬底10中形成掺杂层11，如图2所示。

第二步：对已注入碳离子的催化衬底进行退火处理以使注入的碳原子析出，以便在所述催化衬底表面形成至少一层石墨烯薄膜层。

例如，对图2所示的催化衬底10进行退火处理，使位于催化衬底10的碳原子获得能量，并利用铜的表面催化重结晶成石墨烯薄膜层12，如图3所示。