[发明专利]一种基于多晶铜箔的毫米级单层单晶石墨烯的制备方法

摘要

一种基于多晶铜箔的毫米级单层单晶石墨烯的制备方法，属于薄膜石墨烯材料的制备技术领域。本发明在氩气、氢气和氧气气氛下，对铜箔进行加热，利用甲烷在铜箔表面的催化裂解，在矩形盒子的内壁上生长形成大尺寸的单层单晶石墨烯。本发明无需对铜箔进行复杂的预处理，仅用无水乙醇对铜箔表面进行简单清洁即可，且不会引入新的杂质。本发明无需对铜箔进行预氧化处理，在石墨烯的制备过程中，通过控制氧气的流量和控制CVD反应腔体内的压强，即可实现石墨烯的单晶生长。在利用最优化氧气流量参数下，通过控制甲烷的持续时间来控制单晶石墨烯的生长时间，从而调控单晶石墨烯的尺寸。

主权项

1.一种基于多晶铜箔的毫米级单层单晶石墨烯的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体步骤为：(1)铜箔的预处理：用剪刀将铜箔剪切成所需尺寸的矩形膜片，将其折叠成封闭的矩形盒子后装载到石英管中，然后将石英管置于CVD反应腔体中，CVD反应腔体抽至0.05Pa以下的近似真空状态，再向CVD反应腔体中持续通入600sccm氩气、100sccm氢气和0.06sccm‑0.1sccm氧气，直至CVD反应腔体内的压强达到460Pa，继续维持该流量的氩气、氢气和氧气作为载气；(2)铜箔的升温及退火：在氩气、氢气和氧气的气氛下，对CVD反应腔体进行加热，使铜箔在1h内由室温加热到1030℃‑1050℃，并在该温度下进行铜箔的退火处理，退火处理时间为2h，铜箔表面由于氧的吸附诱导作用，由多晶结构转变为晶面为(111)取向的单晶结构；(3)石墨烯的生长：铜箔退火处理后，继续维持铜箔1030℃‑1050℃的温度，利用化学气相沉积法，在氩气、氢气和氧气的气氛下，通入0.5sccm甲烷，利用甲烷在铜箔表面的催化裂解，在矩形盒子的内壁上生长形成大尺寸的单层单晶石墨烯；(4)石墨烯的降温：石墨烯生长结束后，停止通入甲烷，停止加热，在氩气、氢气和氧气的气氛下，将单层单晶石墨烯自然降温至室温。