0051]—種制備單晶雙層石墨烯的方法，包括以下步驟:
[0052]a)將多晶銅箔依次用去離子水、乙醇、丙酮和異丙醇超聲清洗后用氮氣吹干，隨后放入化學氣相沉積系統的石英管的中部，對石英管抽真空，并向石英管中通入氬氣和氫氣，使氬氫混合氣體充滿反應器，反復三次抽真空將管內空氣完全除去，然后再次向石英管中通入氬氫混合氣體；
[0053]b)對多晶銅箔加熱，使石英管的中心區域溫度達到1070°C，當石英管的中心區域的溫度達到1070°C時，向石英管內通入400sccm氬氣的同時，通入50sccm氫氣作為還原性氣體，并保持此時的溫度30分鐘，對多晶銅箔表面進行退火處理；
[0054]c)然后對多晶銅箔進行降溫使其達到900°C，在管內中心區域的溫度從1070°C降低到900°C的冷卻過程中，在氬氫混合氣體中通入甲烷，并共同通入向石英管中，即可在多晶銅箔表面得到單晶雙層石墨烯。
[0055]在步驟c)后，還包括步驟d)，首先將PMMA旋涂在生長有石墨烯的多晶銅箔的表面，并在加熱臺上加熱，然后放入氯化鐵溶液中腐蝕24小時除去銅，也可以為硫酸銅溶液，還可以為過硫酸銨溶液，之后依次用去離子水、稀鹽酸、異丙醇洗凈，烘干，轉移到300nm厚二氧化硅/硅襯底上，最后使用熱丙酮除去PMMA層。
[0056]圖5為產物在硅片上的光學顯微照片，圖6為產物的掃描電子顯微鏡照片，從圖中可以觀察到產物的六角形結構和均勻的襯度，說明為單晶石墨烯。同時，圖7的拉曼光譜、圖8的透射電子顯微照片、圖9的選區電子衍射照片以及圖10選區電子衍射強度均證明其為單晶雙層石墨稀。
[0057]實施例四:
[0058]如圖2所示，碳源為暈苯，銅催化劑為多晶銅箔，反應器為石英管，1號管為氬氣管，
2號管為氫氣管。
[0059]—種制備單晶雙層石墨烯的方法，包括以下步驟:
[0060]a)將干凈的多晶銅箔放入化學氣相沉積系統的石英管的中部，對石英管抽真空，并向石英管中通入氬氣和氫氣，使氬氫混合氣體充滿反應器，反復三次抽真空將管內空氣完全除去，然后再次向石英管中通入氬氫混合氣體；
[0061 ] b)對多晶銅箔加熱，使石英管的中心區域溫度達到1050°C，當石英管的中心區域的溫度達到1050°C時，向石英管內通入400sccm氬氣的同時，通入50sccm氫氣作為還原性氣體，并保持此時的溫度40分鐘，對多晶銅箔表面進行退火處理；
[0062]c)然后對多晶銅箔進行降溫使其達到600°C，在管內中心區域的溫度從1050°C降低到600°C的冷卻過程中，用加熱帶對暈苯所在部位進行加熱，使其溫度升至200°C，為石墨烯生長提供足夠的碳源，即可在多晶銅箔表面得到單晶雙層石墨烯。
[0063]圖11為產物的掃描電子顯微鏡照片，從圖中可以觀察到具有褶皺條紋的二維薄膜狀六邊形結構，說明為單晶雙層石墨烯。
[0064]實施例五:
[0065]如圖2所示，碳源為聚苯乙烯，銅催化劑為沉積在硅片上的銅薄膜，反應器為石英管，1號管為氬氣管，2號管為氮氣管。
[0066]銅薄膜可以使用純銅靶材通過化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、真空熱蒸鍍法、磁控濺射法、等離子體增強化學氣相沉積法和印刷法將銅蒸鍍在襯底上，然后將該襯底放入化學氣相沉積系統的石英管內。
[0067]—種制備單晶雙層石墨烯的方法，包括以下步驟:
[0068]a)將沉積在硅片上的銅薄膜放入石英管的中部，對石英管抽真空，并向石英管中通入氬氣和氮氣，使氬氫混合氣體充滿反應器，反復三次抽真空將管內空氣完全除去，然后再次向石英管中通入氬氮混合氣體；
[0069]b)對沉積在硅片上的銅薄膜加熱，使石英管的中心區域溫度達到1030°C，當石英管的中心區域的溫度達到1030°C時，向石英管內通入氬氣和氮氣，并保持此時的溫度120分鐘，對銅薄膜進行退火處理；
[0070]c)然后對沉積在硅片上的銅薄膜進行降溫使其達到800°C，在管內中心區域的溫度從1030°C降低到800°C的冷卻過程中，用加熱帶對聚苯乙烯所在部位進行加熱，使其溫度升至400°C，為石墨烯生長提供足夠的碳源，即可在銅薄膜表面得到單晶雙層石墨烯。
[0071]在步驟c)后，還包括步驟d)，首先將PDMS旋涂在生長有石墨烯的銅薄膜表面，并在加熱臺上加熱，然后放入硫酸銅溶液中腐蝕12小時除去銅，之后依次用去離子水、稀鹽酸、異丙醇洗凈，烘干，轉移到目標襯底上，最后使用熱丙酮除去PDMS層。
[0072]圖12為產物的掃描電子顯微鏡照片，從圖中可以觀察到具有褶皺條紋的二維薄膜狀六邊形結構，說明為石墨烯。
[0073]本發明利用等溫或非等溫常壓化學氣相沉積法在銅催化劑上制備大尺寸單晶雙層石墨烯，本方法操作方便，簡單易行，可用于高端電子器件和集成電路;另外，本發明的非等溫法制備的單晶雙層石墨烯與等溫法制備的單晶雙層石墨烯相比具有較大的尺寸和較少的缺陷的優點。
[0074]以上所述的具體實施例，對本發明解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種制備單晶雙層石墨烯的方法，包括以下步驟: a)將銅催化劑放入反應器中，并向反應器中通入非氧化性氣體，使非氧化性氣體充滿反應器，所述銅催化劑為單晶銅或多晶銅或銅薄膜； b)將銅催化劑加熱到目標溫度，然后保持溫度恒定30-120分鐘，所述目標溫度的溫度范圍為:1000°C ?1070°C; c)繼續保持溫度恒定，將攜帶有碳源的非氧化性氣體通入反應器中，即可在銅催化劑表面得到單晶雙層石墨烯。2.—種制備單晶雙層石墨烯的方法，包括以下步驟: a)將銅催化劑放入反應器中，并向反應器中通入非氧化性氣體，使非氧化性氣體充滿反應器，所述銅催化劑為單晶銅或多晶銅或銅薄膜； b)將銅催化劑加熱到目標溫度，然后保持溫度恒定30-120分鐘，所述目標溫度的溫度范圍為:1000°C ?1070°C; c)然后對銅催化劑進行降溫使其達到900°C?500°C，在上述降溫過程中，將攜帶有碳源的非氧化性氣體通入反應器中，即可在銅催化劑表面得到單晶雙層石墨烯。3.根據權利要求1或2所述的制備單晶雙層石墨烯的方法，其特征在于:步驟c)中所述的碳源為甲烷和/或乙炔和/或聚苯乙烯和/或暈苯。4.根據權利要求3所述的制備單晶雙層石墨烯的方法，其特征在于:在步驟c)中，對于氣體碳源，氣體碳源與非氧化性氣體同時通入反應器中。5.根據權利要求4所述的制備單晶雙層石墨烯的方法，其特征在于:在步驟c)中，對于固體碳源，將固體碳源放置在反應器通入氣流的一端，并用加熱帶對固體碳源所在部位進行加熱，加熱的溫度范圍為:200°C-400°C。6.根據權利要求1所述的制備單晶雙層石墨烯的方法，其特征在于:在步驟c)后，還包括步驟d)，首先將PMMA或者PDMS旋涂在生長有石墨烯的襯底表面，并在加熱臺上加熱，然后放入氯化鐵或硫酸銅或過硫酸銨溶液中腐蝕1-24小時除去銅，之后依次用去離子水、稀鹽酸、異丙醇洗凈，烘干，轉移到目標襯底上，最后使用熱丙酮除去PMMA或者PDMS層。7.根據權利要求1或2所述的制備單晶雙層石墨烯的方法，其特征在于:所述的非氧化性氣體為氬氣和/或氮氣和/或氫氣。
【專利摘要】本發明公開了一種制備單晶雙層石墨烯的方法，包括以下步驟：a)將銅催化劑放入反應器中，并向反應器中通入非氧化性氣體，使非氧化性氣體充滿反應器，所述銅催化劑為單晶銅或多晶銅或銅薄膜；b)將銅催化劑加熱到目標溫度，然后保持溫度恒定30-120分鐘，所述目標溫度的溫度范圍為：1000℃～1070℃；c)然后對銅催化劑進行降溫使其達到900℃～500℃或保持溫度恒定，在上述降溫或恒溫過程中，將攜帶有碳源的非氧化性氣體通入反應器中，即可在銅催化劑表面得到單晶雙層石墨烯。本發明利用等溫或非等溫常壓化學氣相沉積法在銅催化劑上制備大尺寸單晶雙層石墨烯，本方法操作方便，簡單易行，可用于高端電子器件和集成電路。
【IPC分類】C30B25/00, C30B29/02
【公開號】CN105483824
【申請號】CN201610016623
【發明人】孫海斌, 劉江峰, 馬玉娟, 羅永松, 許軍旗, 婁志恒
【申請人】信陽師范學院
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月11日