[发明专利]铝掺杂石墨烯材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种铝掺杂石墨烯材料的制备方法，采用CVD法制备，包括以下步骤：在CVD系统炉体中，在真空度为低于28帕斯卡条件下，将基底置于石英管中于1000‑1050℃下退火，通入混合气体，所述石英管具有封闭端和开口端；将有机铝化合物置于石英管中，在混合气体气氛中反应，反应温度为1000‑1050℃，反应完全后，得到所述铝掺杂石墨烯材料；其中，所述有机铝化合物置于CVD系统炉体之外，且与距离最近的CVD系统炉体边沿的距离为9.5‑10.5cm。本发明的方法成功实现了在石墨烯中掺杂铝原子。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种铝掺杂石墨烯材料的制备方法。

背景技术

发展清洁和可再生能源是我国社会经济发展的重大战略。在新能源技术的各个层次中，电化学储能具有极其重要的地位，也是当前科学研究的热点问题。作为一种新型二维结构导电材料，石墨烯的应用在这一领域具有重要意义和极大的发展潜力。

2010年，英国Manchester大学的Geim教授与Novoselov博士因在2004年首次成功剥离出石墨烯薄膜而被授予了诺贝尔物理学奖，以奖励他们对石墨烯的突破性发现。自此，以石墨烯为代表的二维纳米材料掀起了人们对低维材料科学与技术的研究热潮。二维的石墨烯连同零维的富勒烯和一维的碳纳米管作为三种最具代表性的碳纳米材料，其应用和发展必将带动世界先进材料科学与技术的研究和发展。石墨烯是由sp²杂化的C原子相互连接而成的平面六元环网络晶体结构。其中碳-碳键长约为0.142nm，未参与成键的一个电子就会在垂直于晶面方向上形成π键，由于π电子在二维晶体结构中的自由移动，这就赋予了石墨烯优越的导电性。室温下其电阻率约为10-6Ω·cm，为优异的导体材料。另外，石墨烯的导带和价带相交与狄拉克点，并呈线性色散关系，所以它是一种带隙为0的半导体。在狄拉克点处电子态密度为0，这种拓扑结构的能带给石墨烯带来了独特的电子传输性质。石墨烯的电荷载流子的有效质量都为0，因此其具有极大的本征载流子迁移率。室温条件下石墨烯中载流子迁移率高达200000cm²/(V·s)，可以到达光速的1/300，远高于其他传统的半导体材料。因此，石墨烯优异的电学性质使其有望应用于电子电路、透明导电电极等微电子领域。石墨烯不仅在电学上性能优异，而且在光学方面也独树一帜。单层石墨烯的厚度即一个碳原子层的厚度，仅0.335nm，对光的吸收率仅有2.3％，因此石墨烯几乎是完全透明的材料。加之其优异的导电性能和柔韧性，使其成为最有应用潜力的显示面板材料。而且，石墨烯是世界上已知材料中热导率最高的材料，其热导率约为5000W/(m·K)。另外，石墨烯还有着超大的比表面积(2630m²/g)以及极高的杨氏模量(1.06TPa)和断裂应力。这些无与伦比的性能引起了越来越多科研学者的兴趣，使其一跃成为最具发展前景的碳纳米材料之一。