專利名稱：石墨烯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種石墨烯片(graphene sheet)及其制備方法。
背景技術(shù)：
通常，石墨是二維的石墨烯片的堆疊，其中，石墨烯片是由結(jié)合成六邊 形結(jié)構(gòu)的碳原子的平面陣列形成的。近來，對石墨烯片的測試已經(jīng)揭示了單 層或多層石墨烯片的有益特性。
石墨烯的 一 個有益特性是電子在石墨烯片中以完全不受阻礙的方式流 動，也就是說，電子以光在真空中的速度流動。此外，石墨烯片表現(xiàn)出不同 尋常的對電子和空穴的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)。傳統(tǒng)的石墨烯片的電子遷移率 是大約20000至50000cm2/Vs。
在一些應(yīng)用中，碳納米管可用作導(dǎo)體。然而，由于在合成和提純工藝過 程中的低產(chǎn)率，導(dǎo)致碳納米管昂貴。另外，根據(jù)單壁碳納米管的手性和直徑， 單壁碳納米管表現(xiàn)出不同的金屬特征和半導(dǎo)體特征。此外，根據(jù)單壁碳納米 管的手性和直徑，具有相同半導(dǎo)體特征的單壁碳納米管具有不同的帶隙能量。 因此，為了獲得期望的半導(dǎo)體特征或金屬特征，優(yōu)選地，將單壁碳納米管彼 此分離。然而，難以分離單壁碳納米管。
另一方面，使用石墨烯片是有利的，因為在裝置中，由于石墨烯片的電 學(xué)特征取決于晶體取向，所以通過布置石墨烯片以使其晶體取向在選定的方 向中，石墨烯片可以被設(shè)計為表現(xiàn)出期望的電學(xué)特征。設(shè)想石墨烯片的特征 可以用于未來的含碳電氣裝置(carbonaceous electrical device)或含碳電磁裝置 (carbonaceous electromagnetic device)。
然而，雖然石墨烯片具有這些有利特征，但是還沒有開發(fā)出經(jīng)濟(jì)地且可 再生產(chǎn)地制備大尺寸石墨烯片的方法?？梢酝ㄟ^微觀力學(xué)方法或SiC熱分解 來制備石墨烯片。根據(jù)微觀力學(xué)方法，可以通過將Scotch 帶附著到石墨樣 品并分離該Scotch 帶來將石墨烯片從附著到Scotch 帶的表面的石墨上分 離。在這種情況下，所分離的石墨烯片不包括均勻數(shù)量的層，并且剝離的部分不具有均勻的形狀。此外，不能利用微觀力學(xué)方法制備大尺寸的石墨烯片。
同時，在SiC熱分解中，SiC單晶被加熱以通過分解在其表面上的SiC來去 除Si,然后剩余的碳C形成石墨烯片。然而，用作SiC熱分解的起始材料的 SiC單晶材料非常昂貴，并且難以形成大尺寸石墨烯片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了 一種制備具有期望厚度的大尺寸石墨烯片的經(jīng)濟(jì)方法。 本發(fā)明還公開了 一種用所公開的方法制備的石墨烯片。 本發(fā)明公開了一種使用石墨烯片的膜、氬儲存介質(zhì)、光學(xué)纖維和電氣裝置。
本發(fā)明公開了 一種包括石墨烯片的石墨烯基底。
在實(shí)施例中，提供一種制備石墨烯片的方法，所述方法包括以下步驟 形成膜，該膜包含石墨化催化劑；在存在石墨化催化劑的情況下熱處理氣態(tài) 碳源以形成石墨烯；冷卻石墨烯以形成石墨烯片。
氣態(tài)碳源可以是任何含碳的化合物，具體地說，是包含7個或更少的碳 原子的化合物，更具體地說，是包含4個或更少的碳原子的化合物，最具體 地說，是包含2個或更少的碳原子的化合物。示例性的氣態(tài)碳源包括從由一 氧化碳、曱烷、乙烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊 烷、戊烯、環(huán)戊二烯、己烷、環(huán)己烷、苯和曱苯組成的組中選出的至少一種。
所述膜可以是薄膜或厚膜。
薄膜的厚度可在大約lnm至大約1000nm之間。
厚膜的厚度可在大約0.01mm至大約5mm之間。
還可與氣態(tài)碳源一起供應(yīng)氫。氫可通過清潔金屬催化劑的表面而被用來 控制氣相反應(yīng)?；谌萜鞯目傮w積，氫的量按體積計可以是大約5%至大約 40%,具體地說，按體積計是大約10%至大約30%，更具體地說，按體積計 是大約15%至大約25%。
可通過調(diào)節(jié)熱處理時間來控制石墨烯的厚度。
石墨化催化劑可包括從由Ni、 Co、 Fe、 Pt、 Au、 Al、 Cr、 Cu、 Mg、 Mn、 Mo、 Rh、 Si、 Ta、 Ti、 W、 U、 V和Zr組成的組中選出的至少一種元素。 可以以大約0.rC/min至大約10°C/min的速率執(zhí)行冷卻步驟。該方法還可包括在冷卻熱處理過的產(chǎn)物之后，通過利用酸處理去除石墨 化催化劑，來將形成石墨烯片與石墨化催化劑分離的步驟。
本發(fā)明還公開了 一種根據(jù)所公開的方法制備的石墨烯片。
當(dāng)測量石墨烯片的拉曼光譜時，所述石墨烯片的拉曼D帶/G帶的峰比可
以等于或小于大約0.2,優(yōu)選地，可為大約O(零)。
本發(fā)明還公開了 一種從多環(huán)芳香分子得到的石墨烯片，在石墨烯片中， 多個碳原子彼此共價結(jié)合，其中，所述石墨烯片包括大約l個石墨烯單元層 至大約300個石墨烯單元層，其中，石墨烯片的寬度和長度均為大約lmm或 更大。
所述石墨烯片可具有大約1個石墨烯單元層至大約60個石墨烯單元層， 具體地說，具有大約1個石墨烯單元層至大約15個石墨烯單元層。 石墨烯片的寬度和長度均可為大約lmm至大約1000mm。 在示例性實(shí)施例中，石墨烯片的寬度和長度均可為大約10mm或更大。 本發(fā)明還公開了 一種石墨烯基底，該石墨烯基底包括基底和形成在所述 基底上的石墨烯片。
石墨烯基底還可包括置于基底和石墨烯片之間的石墨化催化劑層。 石墨烯基底還可包括置于基底和石墨化催化劑層之間的阻擋層。 阻擋層可由SiOx、 TiN、 A1203、 Ti02或S"N形成。 基底可以是硅基底。
石墨化催化劑可包含薄膜或厚膜形式的金屬催化劑。


通過參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其 他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，在附圖中
圖1示意性地示出了根據(jù)實(shí)施例的制備石墨烯片的方法； 圖2是根據(jù)示例1制備的石墨烯片的攝影圖像；
圖3是示出根據(jù)示例1至示例3制備的石墨烯片的拉曼光譜的曲線圖4是根據(jù)示例1制備的石墨烯片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；
圖5是根據(jù)示例2制備的石墨烯片的SEM圖像；
圖6是根據(jù)示例6制備的石墨烯片的SEM圖像；
圖7是示出根據(jù)示例6制備的石墨烯片的拉曼光i普的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖來更充分地描述實(shí)施例，在附圖中示出了示例性實(shí)施例。 本發(fā)明公開了 一種制備具有期望厚度的大尺寸石墨烯片的經(jīng)濟(jì)方法。即 使利用該方法制備的石墨烯片具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或地形調(diào)制的結(jié)構(gòu)
(topographically modulated structure),該石墨烯片也可在各種應(yīng)用中應(yīng)用到各 種領(lǐng)域，而不限于基底的形狀。
如這里所使用的術(shù)語"石墨烯片，，表示由多個碳原子彼此共價結(jié)合的多環(huán) 芳香分子得到的膜形式的石墨烯。雖然不希望受理論約束，但是共價結(jié)合的 碳原子形成作為重復(fù)單元的6元環(huán)，然而，也可形成5元環(huán)和/或7元環(huán)。因 此，在石墨烯片中，認(rèn)為共價結(jié)合的碳原子(通常為印2結(jié)合的碳)形成單層。 石墨烯片可具有各種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可根據(jù)5元環(huán)和/或7元環(huán)的量而改變。石 墨烯片可包括單層石墨烯，或者石墨烯片可包括多層石墨烯，直至大約300 層。通常，在石墨烯邊緣的碳原子用氬原子飽和。
可根據(jù)圖1中示出的方法來形成石墨烯片。在公開的方法中，如圖l所 示，可這樣形成石墨烯片140:形成膜，該膜包含石墨化催化劑100;通過在 存在石墨化催化劑100的情況下熱處理氣態(tài)碳源120且同時向石墨化催化劑 100提供氣態(tài)碳源120來形成石墨烯130;冷卻石墨烯130,從而生長石墨烯 片140。即，當(dāng)在存在石墨化催化劑100的情況下，在選定的溫度下對氣態(tài) 碳源120熱處理選定的時間段，且同時在選定的壓力下將氣態(tài)碳源120供應(yīng) 到包含石墨化催化劑100的室中時，氣態(tài)碳源120中的-友原子以平面六邊形 結(jié)構(gòu)彼此結(jié)合而形成石墨烯。當(dāng)按選定的速率冷卻石墨烯130時，可獲得具 有均勻排列的石墨烯片140。
任何包含碳并且在大約300。C或更高的溫度下是氣體的物質(zhì)都可不受限 制地用作形成石墨烯片的氣態(tài)碳源。氣態(tài)碳源可以是任何含碳的化合物，優(yōu) 選地，是包含7個或更少的碳原子的化合物，更具體地說，是包含4個或更 少的碳原子的化合物，最具體地說，是包含2個或更少的碳原子的化合物。 氣態(tài)碳源可包括具有大約1個至大約7個碳原子的化合物。氣態(tài)碳源可包括 多環(huán)芳香分子。示例性的氣態(tài)碳源包括一氧化碳、曱烷、乙烷、乙烯、乙醇、 乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、環(huán)戊二烯、己烷、環(huán)己烷、 苯、曱苯等，或包含上述化合物中的至少一種的組合。因此，氣態(tài)碳源可以是上述化合物中的一種或組合。
可以在選定的壓力下將碳源供應(yīng)到包含石墨化催化劑的室中，該室可以 只包括碳源，或者還可包括惰性氣體(例如氦和氬)。碳源在室中的壓力可以是
大約l(T6托至大約104托，具體地說，是10^托至大約760托。
此外，可與氣態(tài)碳源一起供應(yīng)氫。因此，碳源也可包含氫。氫可通過清 潔金屬催化劑的表面而被用來控制氣相反應(yīng)?；谑业目傮w積，氫的量按體 積計可以是大約5%至大約40%，具體地說，按體積計是大約10%至大約30%， 更具體地說，按體積計是大約15%至大約25%。
當(dāng)將氣態(tài)碳源供應(yīng)到室，并且室和石墨化催化劑被加熱到選定的溫度時， 在石墨化催化劑的表面上形成石墨烯。熱處理溫度是形成石墨烯的重要因素， 并且熱處理溫度可以是在大約300。C至大約2000。C之間的溫度，具體地說， 是在大約500。C至大約1500。C之間的溫度，更具體地說，是在大約70CTC至
大約13ocrc之間的溫度。當(dāng)在低于大約3ocrc的溫度下執(zhí)行熱處理時，不能
以可接受的速率形成石墨烯。另一方面，當(dāng)在高于2000。C的溫度下執(zhí)行熱處
理時，石墨烯會不以膜的形式形成，而是以顆?；蚶w維的形式形成。 石墨化催化劑可以是膜的形式。如果包含石墨化催化劑的膜具有大于大
約O.Olmm的厚度，則可以在等于或大于700。C的溫度下執(zhí)行熱處理。
這里公開的包含石墨化催化劑的膜可以是薄膜或厚膜。如果使用薄膜， 則薄膜可形成在基底上。然而，薄膜和基底之間的接觸強(qiáng)度會變?nèi)?，或者?膜的一部分會在高于大約70(TC的溫度下熔化。因此，當(dāng)在700。C或更高的溫 度下執(zhí)行熱處理時，可將石墨化催化劑形成為沒有基底的厚膜。如果期望的 是薄膜，則膜的厚度可以在大約lnm至大約5000nm之間，具體地說，在大 約lnm至大約1000nm之間，更具體地說，在大約10nm至大約100nm之間。 如果期望的是厚膜，則膜的厚度可以在大約O.Olmm至大約5mm之間，具體 i也i兌，在大約O.lmm至大約lmm之間。
可通過調(diào)節(jié)熱處理的溫度和時間來控制石墨烯形成的程度。即，在其他 參數(shù)相同的情況下，熱處理時間越長，形成石墨烯的量就越多，因此石墨烯 片變得越厚。另一方面，熱處理時間越短，石墨烯片的厚度就越薄。因此， 碳源的種類、用來供應(yīng)碳源的壓力、石墨化催化劑的種類、室的大小和熱處 理的時間是獲得期望厚度的石墨烯片的關(guān)鍵因素。可執(zhí)行熱處理大約0.001 小時至大約1000小時、大約0.01小時至大約100小時或者大約0.1小時至大約IO小時。當(dāng)執(zhí)行熱處理小于大約0.001小時時，不可能充分地得到石墨烯。
另一方面，當(dāng)執(zhí)行熱處理超過大約1000小時時，形成太多的石墨烯并且會出
現(xiàn)石墨化。
可通過感應(yīng)加熱、輻射加熱、激光、紅外線輻射(IR)、微波、等離子體、 紫外線(UV)輻射、表面等離子體激光加熱等或包括上述加熱方法中的至少一 種的組合來執(zhí)行熱處理。熱源可設(shè)置在室上來將室中的溫度升高至選定的水平。
在熱處理之后，冷卻石墨烯。執(zhí)行冷卻以均勻地生長并排列組成石墨烯 的碳原子。由于快速冷卻會在石墨烯片中導(dǎo)致裂紋，所以可以逐漸冷卻熱處 理過的石墨烯。例如，可以以大約O.rC/min至大約10°C/min的速率、大約 0.5°C/min至大約5°C/min的速率或者大約rC/min至大約3°C/min的速率來 冷卻熱處理過的石墨烯，或者可通過環(huán)境對流來自然冷卻熱處理過的石墨烯。 在自然冷卻過程中，可移去熱源以使其不設(shè)置在室上。在這點(diǎn)上，可通過移 去熱源來獲得充分的冷卻速率。冷卻后獲得的石墨烯片可具有1層的厚度， 或大約1層至大約300層的厚度，具體地說，大約1層至大約60層的厚度， 更具體地說，大約l層至大約15層的厚度。具有300層以上的石墨烯片被認(rèn) 為是石墨，石墨與石墨烯截然不同。
熱處理和冷卻方法可作為單個循環(huán)來執(zhí)行，但是，具有許多層的致密的 石墨烯片可通過重復(fù)該方法若干次來形成。
包含石墨化催化劑的膜可設(shè)置在基底上。具體地說，如果包含石墨化催 化劑的膜是薄膜，則出于制造的方便而可使用基底。因此，如果使用基底， 則石墨化催化劑層可置于基底和石墨烯片之間并緊密接觸基底和石墨烯片。
基底可以是無機(jī)基底，例如Si基底、玻璃基底、GaN基底、硅石基底等 或是包括上述無機(jī)基底中的至少一種的組合；或者基底可以是包含Ni、 Cu、 W等或者包含上述金屬中的至少 一種的組合的金屬基底。
在硅石基底的情況下，為了防止在基底和石墨化催化劑之間的不期望的 反應(yīng)，可在硅石基底的表面涂覆阻擋層。阻擋層可置于基底和石墨化催化劑
烯形成的速率的降低。阻擋層可含有諸如SiOx、 TiN、 A1203、 Ti02、 Si3N等 的化合物，或含有包括上述化合物中的至少一種的組合，阻擋層可通過包括 濺射、真空沉積等的方法設(shè)置在基底上。阻擋層可具有以下選定的厚度在大約O.lnm至大約1000 (im之間，在大約lpm至500^im之間或在大約10|im 至大約100(am之間。當(dāng)阻擋層的厚度小于大約O.lnm時，不可能得到期望的 阻擋層的效果。另一方面，當(dāng)阻擋層的厚度大于大約1000fim時，會增加成本。
在所公開的方法中，石墨化催化劑接觸碳源并幫助由碳源供應(yīng)的碳元素 彼此結(jié)合以形成平面六邊形結(jié)構(gòu)。任何用于合成石墨引發(fā)碳化或制備碳納米 管的催化劑可用作石墨化催化劑。示例性石墨化催化劑包含金屬Ni、 Co、 Fe、 Pt、 Au、 Al、 Cr、 Cu、 Mg、 Mn、 Mo、 Rh、 Si、 Ta、 Ti、 W、 U、 V、 Zr等， 或包含包括上述金屬中的至少一種的組合。因此，石墨化催化劑可包含從由 以下金屬組成的組中選4奪的金屬Ni、 Co、 Fe、 Pt、 Au、 Al、 Cr、 Cu、 Mg、 Mn、 Mo、 Rh、 Si、 Ta、 Ti、 W、 U、 V、 Zr等，或者可以包含包括上述金屬 中的至少一種的組合。石墨化催化劑可以是板的形式，并科包含上述金屬中 的一種或組合，或者石墨化催化劑可通過沉積方法(例如賊射等)沉積在基底 上。薄膜或厚膜可包含石墨化催化劑，石墨化催化劑可包含上述金屬中的一 種或組合。
由于可通過使石墨化催化劑與碳源接觸、熱處理、冷卻石墨烯來形成石 墨烯片的步驟而制備石墨烯片，所以該工藝簡單且經(jīng)濟(jì)。具體地說，可制備 大尺寸的石墨烯片，其寬度和長度均為大約lmm或更大，具體地說，大約 10mm或更大，更具體地說，大約10mm至大約1000mm。例如，可通過控制 其上形成有石墨化催化劑的基底的尺寸來制備大尺寸的石墨烯片。此外，由 于碳源作為氣體來供應(yīng)，所以基底和石墨化催化劑的形狀或構(gòu)造不受限制。 因此，可使用三維的、波形的(contoured)或地形調(diào)制的基底，因此包含石墨化 催化劑的膜可具有各種結(jié)構(gòu)。
可利用拉曼光譜來識別石墨烯片。即，由于純的石墨烯在大約1594cm—1 附近具有G'峰，因此可通過在此波數(shù)存在吸收來識別石墨烯的形成。
令人驚訝的是，已觀察到所公開的石墨烯片具有無缺陷的均勻結(jié)構(gòu)。雖 然不希望被理論約束，但是這種均勻性被認(rèn)為是因為石墨烯片是利用純的 氣態(tài)碳源通過包括高溫?zé)崽幚淼姆椒ㄖ苽涞?。石墨烯片的拉曼光譜的D帶強(qiáng) 度可指示在石墨烯中形成的缺陷的存在。強(qiáng)的D帶峰可指示石墨烯中存在多 個缺陷，弱的D帶峰或沒有D帶峰可指示幾乎不存在缺陷。
可將峰比(peak ratio)定義為D帶峰強(qiáng)度與G帶峰強(qiáng)度的比。利用由金屬組成的石墨化催化劑通過堆疊形成法制備的石墨烯片的峰比可等于或小于大
約0.2,具體地說，等于或小于大約0.01,更具體地說，等于或小于大約0.001,
并且可為o(零)。峰比"o"表示在石墨烯中即使有缺陷也是;f艮少。
因此，石墨烯片可形成在包含石墨化催化劑的基底和/或膜上。石墨烯片 可以與石墨化催化劑一起使用，或者可通過用酸處理石墨烯片來使石墨烯片 與石墨化催化劑分離?？稍诶鋮s石墨烯片之后執(zhí)行酸處理。 如果需要，可將石墨烯片與基底分離。
根據(jù)期望的用途，可以以各種方式處理分離后的石墨烯片。即，石墨烯 片可被切割為選定的形狀，或者可將石墨烯片巻繞以形成管。處理過的石墨 烯片還可與將要以各種方式應(yīng)用的各種物品相組合。
石墨烯片可被應(yīng)用在各種領(lǐng)域和應(yīng)用中。由于石墨烯片具有優(yōu)良的導(dǎo)電 性和高均勻性，所以石墨烯片可以有效地用作透明電極。期望用在太陽能電 池基底等上的電極是透明的以允許光透過該電極。由石墨烯片形成的透明電 極具有優(yōu)良的導(dǎo)電性并且由于石墨烯片的柔性而具有優(yōu)良的柔性。可用柔性 塑料作為基底并且用石墨烯片作為透明電極來制備柔性太陽能電池。此外， 當(dāng)石墨烯片以導(dǎo)電薄膜的形式在顯示裝置中使用時，只用少量的石墨烯片就
可獲得期望的導(dǎo)電性，因此可改善光的透過。
此外，以管的形式形成的石墨烯片可用作光學(xué)纖維、氫儲存介質(zhì)或選擇 性地允許氬透過的膜。
現(xiàn)在將參照下面的示例更詳細(xì)地描述本公開。下面的示例只為了示出性 的目的，而不意圖限制權(quán)利要求書的范圍。
<示例1>
在其上通過';賤射涂覆有100nm的Si02的1.2cmx 1.5cm的硅基底上沉積 Ni以形成厚度為100nm的Ni薄膜來形成石墨化催化劑膜。將其上形成有Si02 和Ni薄膜的硅基底設(shè)置在室中，利用卣素?zé)糇鳛闊嵩?，?00。C下熱處理基 底20分鐘，同時將乙炔氣體以恒定的200sccm的速率加入到室內(nèi)，從而在石 墨化催化劑上形成石墨烯。
隨后，通過移去熱源并使室內(nèi)部自然冷卻來使石墨烯以均勻排列生長， 來形成大小為1.2cmx 1.5cm的7層石墨烯片。
隨后，將包含石墨烯片的基底在0.1M的HC1中浸漬24小時，以去除 Ni薄膜。在浸漬過程中石墨烯片與基底分離。圖2是根據(jù)示例1制備的石墨烯片的攝影圖片。
圖3是示出石墨烯片的拉曼光語的曲線圖。參照圖3，可通過在1594cm" 處示出的G峰來識別石墨烯的形成。
此外，圖4是在示例1中形成的石墨烯片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。 參照圖4可知，形成了均勻的石墨烯片。
<示例2>
除了在50(TC下而不是在400。C下執(zhí)行熱處理外，通過與示例1的方式相 同的方式制備大小為1.2 cm x 1.5 cm的16層石墨烯片。
隨后，將包含石墨烯片的基底在0.1M的HC1浸漬24小時，以去除Ni 薄膜。在浸漬過程中石墨烯片與基底分離。
圖3是示出石墨烯片的拉曼光譜的曲線圖。參照圖3，可通過在1594cm" 處示出的G'峰來識別石墨烯的形成。
圖5是在示例2中形成的石墨烯片的SEM圖像。參照圖5，由于在SEM 圖像中沒有觀察到特征，所以可知形成了均勻的石墨烯片。
<示例3>
同的方式制備大小為1.2 cm x 1.5 cm的32層石墨烯片。
隨后，將包含石墨烯片的基底在0.1M的HC1中浸漬24小時以去除Ni 薄膜。在浸漬過程中分離出石墨烯片。
圖3是示出石墨烯片的拉曼光譜的曲線圖。參照圖3,可通過在1594 cm" 處示出的G'峰來識別石墨烯的形成。
<示例4〉
除了執(zhí)行熱處理1個小時而不是20分鐘外，通過與示例1的方式相同的 方式制備大小為1.2 cm x 1.5 cm的22層石墨烯片。
隨后，將包含石墨烯片的基底在0.1M的HC1中浸漬24小時以去除Ni
薄膜。在浸漬過程中分離出石墨烯片。 <示例5>
除了使用曱烷而不是乙炔作為碳源外，通過與示例1的方式相同的方式 制備大小為1.2 cm x 1.5 cm的ll層石墨烯片。
隨后，將包含石墨烯片的基底在0.1M的HC1中浸漬24小時以去除Ni 薄膜。在浸漬過程中分離出石墨烯片。<示例6>
制備了大小為1.2 cm x 1.5cm且厚度為0.5mm的Ni箔。將Ni箔置于室 中，利用卣素?zé)糇鳛闊嵩矗贗OO(TC下熱處理5分鐘，同時將乙炔氣體以恒 定的200sccm的速率加入室中，以在石墨化催化劑上形成石墨烯。
隨后，通過移去熱源并使室內(nèi)部自然冷卻來使石墨烯以均勻排列生長， 來形成大小為1.2cmx 1.5cm的IO層石墨烯片。
隨后，將包含石墨烯片的基底在0.1M的HC1中浸漬24小時以去除Ni 箔。在浸漬過程中石墨烯片被分離。圖6是被分離的石墨烯片的SEM圖像， 由沒有特征而識別出結(jié)構(gòu)均勻。
圖7是示出石墨烯片的拉曼光譜的曲線圖。參照圖7,可通過在1594cm" 處示出的G'峰來識別石墨烯的形成，同時由于未觀察到D帶而指示沒有缺陷 的均勻的石墨烯。
本發(fā)明公開了 一種制備大尺寸石墨烯片并有效地控制石墨烯片的厚度的 經(jīng)濟(jì)方法。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，由于可獲得期望厚度的石墨烯片， 所以該石墨烯片可有效地應(yīng)用到透明電極、氫儲存介質(zhì)、光學(xué)纖維、電氣裝置等。
在本公開中，單數(shù)形式的描述也意圖包括復(fù)數(shù)形式，同時，復(fù)數(shù)形式的 描述也意圖包括單數(shù)形式。
除非另有定義，否則這里使用的技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語具有與本領(lǐng)域的技 術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。
如在這里使用的，近似表達(dá)方式可被用來修飾任何在不會改變與其相關(guān) 的基本功能的情況下可變化的數(shù)量表示。因此，在一些情況下，被術(shù)語(例如 大約和基本)修飾的值不會限制在指定的精確值。在至少一些情況下，近似表
達(dá)方式可與測量該值的儀器的精度相符合。因此，連同數(shù)量使用的修飾詞"大 約"包括所述值并且具有由上下文規(guī)定的意思(例如，包括與特定量的測量有 關(guān)的誤差度)。
這里公開的所有范圍包括端點(diǎn)并且可獨(dú)立組合。所有指示相同組分或特 性的范圍的端點(diǎn)是包括在內(nèi)的，并且可獨(dú)立組合(例如，"按重量計小于或等 于大約25%,或者，更具體地說，按重量計大約5%至按重量計大約20%" 的范圍包括端點(diǎn)和"按重量計大約5%至按重量計大約25%"的范圍內(nèi)的全部 中間值等)。"可選的"或"可選地"表示隨后描述的事件或情況可出現(xiàn)或者可不出現(xiàn)， 該表述包括該事件出現(xiàn)的情況和該事件不出現(xiàn)的情況。如在這里使用的，"基 底"可以與"表面"交換使用。
開的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離如權(quán)利要求限定 的本公開的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1、一種制備石墨烯片的方法，該方法包括以下步驟形成膜，該膜包含石墨化催化劑；在存在石墨化催化劑的情況下，熱處理氣態(tài)碳源以形成石墨烯；冷卻石墨烯以形成石墨烯片。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，氣態(tài)碳源是具有1個碳原子至7 個碳原子的化合物。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，氣態(tài)碳源包括一氧化碳、曱烷、乙 烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、環(huán)戊二 烯、己烷、環(huán)己烷、苯、曱苯或包含上述化合物中的至少一種的組合。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在300。C至2000。C的溫度下執(zhí)行熱 處理。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，膜具有l(wèi)nm至5000nm的厚度。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，膜具有l(wèi)nm至1000nm的厚度。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，膜具有O.Olmm至5mm的厚度。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，寺丸行熱處理0.001小時至1000小時。
9、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，石墨化催化劑包括Ni、 Co、 Fe、 Pt、 Au、 Al、 Cr、 Cu、 Mg、 Mn、 Mo、 Rh、 Si、 Ta、 Ti、 W、 U、 V、 Zr或包含上述元素中的至少一種的組合。
10、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括在冷卻石墨烯片之后，通過利用 酸處理石墨烯片，來將石墨烯片與石墨化催化劑分離的步驟。
11、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，還與氣態(tài)碳源一起供應(yīng)氬。
12、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制備的石墨烯片。
13、 一種從多環(huán)芳香分子得到的石墨烯片，在石墨烯片中，多個碳原子 彼此共價結(jié)合，其中，所述石墨烯片包括1個層至300個層，其中，石墨烯 片的寬度和長度均為lmm或更大。
14、 如權(quán)利要求13所述的石墨烯片，其中，當(dāng)通過石墨烯片的拉曼光傳 確定時，石墨烯片的D帶強(qiáng)度和G帶強(qiáng)度的峰比等于或小于0.2。
15、 如權(quán)利要求13所述的石墨烯片，其中，在石墨烯片的拉曼光譜中未觀察到D帶。
16、 一種石墨烯基底，包括 基底；石墨烯片，形成在基底上，其中，石墨烯片由多環(huán)芳香分子得到，在石墨烯片中，多個碳原子彼此 共價結(jié)合，其中，所述石墨烯片包括1個層至300個層，其中，石墨烯片的 寬度和長度均為lmm或更大。
17、 如權(quán)利要求16所述的石墨烯基底，還包括置于基底和石墨烯片之間 并與基底和石墨烯片緊密接觸的石墨化催化劑層。
18、 如權(quán)利要求17所述的石墨烯基底，其中，石墨化催化劑層包括薄膜 或厚膜形式的金屬催化劑。
19、 如權(quán)利要求17所述的石墨烯基底，還包括置于基底和石墨化催化劑 層之間的阻擋層。
20、 如權(quán)利要求17所述的石墨烯基底，其中，阻擋層包括SiOx、 TiN、 A1203、 Ti02、 Si3N或包含上述化合物中的至少一種的組合。
21、 如權(quán)利要求16所述的石墨烯基底，其中，基底包含硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石墨烯片及其制備方法。一種制備具有期望厚度的大尺寸石墨烯片的經(jīng)濟(jì)方法包括以下步驟形成膜，該膜包含石墨化催化劑；在存在石墨化催化劑的情況下，熱處理氣態(tài)碳源以形成石墨烯；冷卻石墨烯以形成石墨烯片。還描述了一種根據(jù)所公開的方法制備的石墨烯片。
文檔編號C01B31/04GK101423209SQ20081021376
公開日2009年5月6日 申請日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者尹善美, 崔在榮, 申鉉振 申請人:三星電子株式會社