具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法
2023-05-02 22:30:21 1
專利名稱：具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法
技術領域：
本發明描述了一種通過自組裝與低溫熱處理相結合技術製備具有規則形狀的石
墨烯單晶疇方法。
背景技術：
石墨烯自2004年在實驗室出現以後，憑藉其獨特的電學性能，力學性能，磁學性能，超強度，超導熱性，獨特的宏觀量子效應，生化性能等引起了全世界的研究熱潮。而首先製備出石墨烯的英國曼徹斯特大學兩位科學家安德烈 傑姆和克斯特亞 諾沃塞洛夫因此而獲得了 2010年的諾貝爾物理學獎。經過這幾年對石墨烯的研究，人們發現，石墨烯進入工業化生產領域的時代已經到了。目前製備石墨烯的方法主要有以下幾種微機械分離法，取向附生法，加熱SiC 法，化學氣相沉積的方法(CVD)，化學還原法，化學解理法。而使用這些方法都很難使石墨烯生長成有規則的形狀和很小尺寸(IOnm以下)的單晶疇。然而，石墨烯基納米器件的製備工藝中，尺寸在納米範疇並具有規則形狀的單晶石墨烯是必不可少的。最重要的是採用常規方法製備不出有規則形狀的石墨烯單晶疇。
發明內容
本發明提供一種具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，
提供了一種具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，所述方法包括在金屬表面上通過分子自組裝技術和熱處理方法使芳香族化合物能夠形成有規則形狀的石墨烯單晶疇。具體的過程為採用有機分子沉積方法，將有機分子澱積到金屬表面，用熱處理的方法使碳源裂解從而使碳在金屬表面上形成具有規則形狀的石墨烯單晶疇。其中碳源包括芳香族化合物其族內的一種或多種的組合物，或者芳香族化合物其族內的一種或者多種與其他物質的組合物。其中金屬表面包括金屬表面包括由元素周期表中鹼金屬元素、鹼土金屬元素、類金屬元素、過渡金屬元素、鑭系元素、錒系元素以及主族元素中的鋁、鎵、銦、錫、鉈、鉛、鉍元素中的一種元素或者多種元素組成的金屬表面。其中熱處理方法包括紅外線加熱、電磁加熱、微波加熱、電阻爐、感應加熱、輻射加熱、電子束轟擊加熱、雷射、等離子體、表面等離子體激元等。其中熱處理的時間及溫度區間在50C至300° C之間的溫度，執行熱處理0. 001 小時至100小時之間的時間。其中規則形狀包括三角形，四邊形，五邊形，六邊形，七邊形，八邊形，九邊形，十邊形，以及包含前述形狀中一種或者多種形狀的組合。其中單一的規則形狀的石墨烯單晶疇的長度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面積範圍為 InnTlOOOO nm2。其中生長時的環境氣壓在K^pa-Wpa之間。
其中熱處理時的環境氣壓在K^pa-Wpa之間。本發明的技術效果是該發明彌補了傳統刻蝕方法無法實現尺度在IOnm以下石墨烯器件微加工的不足，以及滿足了製備各種石墨烯器件所需的形狀和單晶度要求。
通過參考附圖進一步詳細地描述上面的和其它方面的特徵和優點的示例性實施例。圖1示意性示出根據有機分子沉積技術製備具有規則形狀的石墨烯單晶疇的方法。圖2示意性示出根據示例1製備的有規則形狀的石墨烯單晶疇的STM (掃描隧道顯微鏡)圖像。圖3示意性示出根據示例1製備的有規則形狀的石墨烯單晶疇的高解析度STM圖像。具體實施方案
下文中，將參考示出了示例實施例的附圖來更充分的描述是實施例。圖1是採用有機分子束沉積技術將碳源(芳香族化合物)生長在金屬表面上進行分子自組裝2，通過熱處理的方法使碳源裂解在金屬表面1上形成有規則形狀的石墨烯單晶疇3的示意圖。其中碳源包括碳源包含芳香族化合物其族內的一種或多種的組合物，或者芳香族化合物其族內的一種或者多種與其他物質的組合物。其中金屬表面包括金屬表面包括由元素周期表中鹼金屬元素、鹼土金屬元素、類金屬元素、過渡金屬元素、鑭系元素、錒系元素以及主族元素中的鋁、鎵、銦、錫、鉈、鉛、鉍元素中的一種元素或者多種元素組成的金屬表面。其中熱處理方法有紅外線加熱、電磁加熱、電子束轟擊加熱、微波加熱、電阻爐、 感應加熱、輻射加熱、雷射、等離子體、表面等離激元等等。或者通過包含前述的加熱方法中的至少一種的組合執行熱處理，而沒有限制。其中生長時的環境氣壓在K^pa-Wpa之間。其中熱處理時的環境氣壓在10_、『10° 3之間。具體的講，該示例中給的石墨烯單晶疇的具體的生長氣壓和熱處理氣壓都在10_8pa-10_7pa之間。熱處理的時間及溫度區間在50° C至300° C之間的溫度執行熱處理0. OOl 小時至100小時之間的時間。具體的講，該示例中給的石墨烯單晶疇的熱處理溫度在 150° C-2500 C，執行熱處理的時間在0. 3小時-1小時。其中，單一的規則形狀的石墨烯單晶疇的長度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面積範圍為 InnTlOOOO nm2。圖2是通過自組裝和熱處理的方法製備的具有有規則形狀的石墨烯單晶疇的掃描隧道顯微鏡圖。具體的講，從圖中能明顯的觀察到多個三角形的規則形狀結構和石墨烯的摩爾超結構圖像。圖3是通過自組裝和熱處理的方法製備的具有有規則形狀的石墨烯單晶疇的高解析度的掃描隧道顯微鏡圖。具體的講，從圖中能明顯的觀察到石墨烯的原子圖像。
權利要求
1.一種具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，其特徵是在金屬表面上通過分子自組裝技術和熱處理方法使芳香族化合物能夠形成有規則形狀的石墨烯單晶疇。
2.如權利要求1所述具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，其特徵是所述的金屬表面，其中，金屬表面包括由元素周期表中鹼金屬元素、鹼土金屬元素、類金屬元素、過渡金屬元素、鑭系元素、錒系元素以及主族元素中的鋁、鎵、銦、錫、鉈、鉛、鉍元素中的一種元素或者多種元素組成的金屬表面。
3.如權利要求1所述的具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，其特徵是熱處理方法，其中，加熱的方法包括紅外線加熱、電磁加熱、電子束轟擊加熱、微波加熱、電阻爐、感應加熱、輻射加熱、雷射、等離子體、表面等離子體激元加熱。
4.如權利要求1所述的具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，其特徵是熱處理方法，其中，熱處理溫度和時間包括在50° C至300° C之間的溫度執行熱處理0. 001小時至100小時之間的時間。
5.如權利要求1所述的具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，其特徵是芳香族化合物為碳源，其中，碳源包含芳香族化合物其族內的一種或多種的組合物，或者芳香族化合物其族內的一種或者多種與其他物質的組合物。
6.如權利要求1所述的具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，其特徵是石墨烯疇，其中，單一的規則形狀的石墨烯單晶疇的長度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面積範圍為 InnTlOOOO nm2。
7.如權利要求1所述的具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，其特徵是所述規則形狀，其中，規則形狀包括三角形，四邊形，五邊形，六邊形，七邊形，八邊形，九邊形，十邊形，以及包含前述形狀中一種或者多種形狀的組合。
全文摘要
一種具有規則形狀的石墨烯單晶疇的製備方法，其特徵是在金屬表面上通過分子自組裝技術和熱處理方法使芳香族化合物能夠形成有規則形狀的石墨烯單晶疇。該發明彌補了傳統刻蝕方法無法實現尺度在10nm以下石墨烯器件微加工的不足，以及滿足了製備各種石墨烯器件所需的形狀和單晶度要求。
文檔編號C30B29/64GK102345168SQ20111030483
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月11日 優先權日2011年10月11日
發明者劉拉程, 柳樹毅, 王立, 陳秀 申請人:南昌大學