[发明专利]确定二维材料生长合金催化剂中金属原子最佳配比的方法

说明书

本发明揭示了一种确定二维材料生长合金催化剂中金属原子最佳配比的方法。本发明提供的方法能够在绝缘衬底上形成一层金属原子配比渐变的合金催化剂层，并以该合金催化剂层作为二维材料的生长基底，然后根据该合金催化剂层上二维材料生长质量最佳的位置处的金属原子配比，来快速确定二维材料生长合金催化剂中金属原子的最佳配比，该方法相较于现有技术能够显著的提高效率，减少实验次数。

技术领域

本发明属于二维材料生长技术领域，具体涉及一种能够快速确定二维材料生长合金催化剂中金属原子最佳配比的方法。

背景技术

铜和镍是化学气相沉积法(CVD)生长二维材料(如石墨烯)的常用金属，由于铜对石墨烯生长的催化活性较弱，石墨烯生长速度较慢，另一方面，镍对石墨烯生长的催化活性太强，容易长出多层石墨烯。为了高效的获得单层石墨烯，研究者使用铜镍合金作为催化剂生长石墨烯。为了找到最佳的铜镍配比，通常在绝缘衬底表面先后沉积预定厚度(预定原子配比)的铜和镍，然后退火获得铜镍合金，之后再生长石墨烯，观察合金的催化效果；如果效果不好，就重新沉积另一厚度(另一原子配比)的铜和镍，重复前述实验步骤，直至找到催化效果最佳的铜镍原子配比。

通过上述方法寻找最佳合金原子配比效率很低，一次实验只能获得一个数据，想获得最佳的成分配比，需要很多次实验，费时费力。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种能够快速确定二维材料生长合金催化剂中金属原子最佳配比的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速确定二维材料生长合金催化剂中金属原子最佳配比的方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种确定二维材料生长合金催化剂中金属原子最佳配比的方法，包括以下步骤：

步骤1：在绝缘衬底的一表面上形成一层沿预定方向厚度逐渐增大的第一金属催化剂层；

步骤2：在所述第一金属催化剂层的表面上形成一层沿所述预定方向厚度逐渐减小的第二金属催化剂层；

步骤3：退火处理，使第一金属催化剂层和第二金属催化剂层融合形成合金催化剂层，并使得在所述合金催化剂层中第一金属原子和第二金属原子的比值沿所述预定方向逐渐增大；

步骤4：采用化学气相沉积法在所述合金催化剂层的表面上生长二维材料；

步骤5：确定所述合金催化剂层上二维材料生长质量最佳的位置，并根据该位置处的所述合金催化剂层中的第一金属原子和第二金属原子的比值来确定二维材料生长合金催化剂中金属原子的最佳配比。

进一步地，所述第一金属和第二金属对二维材料生长的催化活性不同。

进一步地，所述第一金属为铜，所述第二金属为镍。

进一步地，所述二维材料包括石墨烯、碳化二钼、碳化钨中的一种。

进一步地，所述第一金属催化剂层和/或第二金属催化剂层通过磁控溅射的方式沉积形成。

进一步地，所述绝缘衬底为氧化硅片。

进一步地，所述步骤5中通过拉曼成像技术和扫描电镜配合来确定所述合金催化剂层上石墨烯生长质量最佳的位置。

本发明有益效果：

本发明提供的方法能够在绝缘衬底上形成一层金属原子配比渐变的合金催化剂层，并以该合金催化剂层作为二维材料的生长基底，然后根据该合金催化剂层上二维材料生长质量最佳的位置处的金属原子配比，来快速确定二维材料生长合金催化剂中金属原子的最佳配比，该方法相较于现有技术能够显著的提高效率，减少实验次数。

附图说明