專利名稱：具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了一種通過自組裝與低溫熱處理相結(jié)合技術(shù)制備具有規(guī)則形狀的石
墨烯單晶疇方法。
背景技術(shù)：
石墨烯自2004年在實驗室出現(xiàn)以后，憑借其獨特的電學性能，力學性能，磁學性能，超強度，超導熱性，獨特的宏觀量子效應(yīng)，生化性能等引起了全世界的研究熱潮。而首先制備出石墨烯的英國曼徹斯特大學兩位科學家安德烈 杰姆和克斯特亞 諾沃塞洛夫因此而獲得了 2010年的諾貝爾物理學獎。經(jīng)過這幾年對石墨烯的研究，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯進入工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域的時代已經(jīng)到了。目前制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(guī)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制備工藝中，尺寸在納米范疇并具有規(guī)則形狀的單晶石墨烯是必不可少的。最重要的是采用常規(guī)方法制備不出有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，
提供了一種具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，所述方法包括在金屬表面上通過分子自組裝技術(shù)和熱處理方法使芳香族化合物能夠形成有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇。具體的過程為采用有機分子沉積方法，將有機分子淀積到金屬表面，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(guī)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(nèi)的一種或多種的組合物，或者芳香族化合物其族內(nèi)的一種或者多種與其他物質(zhì)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堿金屬元素、堿土金屬元素、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(yīng)加熱、輻射加熱、電子束轟擊加熱、激光、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(qū)間在50C至300° C之間的溫度，執(zhí)行熱處理0. 001 小時至100小時之間的時間。其中規(guī)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(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的長度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面積范圍為 InnTlOOOO nm2。其中生長時的環(huán)境氣壓在K^pa-Wpa之間。
其中熱處理時的環(huán)境氣壓在K^pa-Wpa之間。本發(fā)明的技術(shù)效果是該發(fā)明彌補了傳統(tǒng)刻蝕方法無法實現(xiàn)尺度在IOnm以下石墨烯器件微加工的不足，以及滿足了制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征和優(yōu)點的示例性實施例。圖1示意性示出根據(jù)有機分子沉積技術(shù)制備具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的方法。圖2示意性示出根據(jù)示例1制備的有規(guī)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(jù)示例1制備的有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的高分辨率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是采用有機分子束沉積技術(shù)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(guī)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(nèi)的一種或多種的組合物，或者芳香族化合物其族內(nèi)的一種或者多種與其他物質(zhì)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堿金屬元素、堿土金屬元素、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(yīng)加熱、輻射加熱、激光、等離子體、表面等離激元等等?；蛘咄ㄟ^包含前述的加熱方法中的至少一種的組合執(zhí)行熱處理，而沒有限制。其中生長時的環(huán)境氣壓在K^pa-Wpa之間。其中熱處理時的環(huán)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(qū)間在50° C至300° C之間的溫度執(zhí)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(zhí)行熱處理的時間在0. 3小時-1小時。其中，單一的規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的長度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面積范圍為 InnTlOOOO nm2。圖2是通過自組裝和熱處理的方法制備的具有有規(guī)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(guī)則形狀結(jié)構(gòu)和石墨烯的摩爾超結(jié)構(gòu)圖像。圖3是通過自組裝和熱處理的方法制備的具有有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的高分辨率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(quán)利要求
1.一種具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，其特征是在金屬表面上通過分子自組裝技術(shù)和熱處理方法使芳香族化合物能夠形成有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇。
2.如權(quán)利要求1所述具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，其特征是所述的金屬表面，其中，金屬表面包括由元素周期表中堿金屬元素、堿土金屬元素、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(quán)利要求1所述的具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，其特征是熱處理方法，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(yīng)加熱、輻射加熱、激光、等離子體、表面等離子體激元加熱。
4.如權(quán)利要求1所述的具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，其特征是熱處理方法，其中，熱處理溫度和時間包括在50° C至300° C之間的溫度執(zhí)行熱處理0. 001小時至100小時之間的時間。
5.如權(quán)利要求1所述的具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，其特征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(nèi)的一種或多種的組合物，或者芳香族化合物其族內(nèi)的一種或者多種與其他物質(zhì)的組合物。
6.如權(quán)利要求1所述的具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，其特征是石墨烯疇，其中，單一的規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的長度尺寸在ΙηπΓδΟΟηπι，面積范圍為 InnTlOOOO nm2。
7.如權(quán)利要求1所述的具有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，其特征是所述規(guī)則形狀，其中，規(guī)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(guī)則形狀的石墨烯單晶疇的制備方法，其特征是在金屬表面上通過分子自組裝技術(shù)和熱處理方法使芳香族化合物能夠形成有規(guī)則形狀的石墨烯單晶疇。該發(fā)明彌補了傳統(tǒng)刻蝕方法無法實現(xiàn)尺度在10nm以下石墨烯器件微加工的不足，以及滿足了制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(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者劉拉程, 柳樹毅, 王立, 陳秀 申請人:南昌大學