双温区控制低温直接制备石墨烯的方法及双温区管式炉

摘要

本发明公开了一种双温区控制低温直接制备石墨烯的方法，将真空反应炉分为高温区和低温区，将过渡金属放入真空反应炉高温区中，将衬底材料直接放入低温区中，抽真空，将氢气注入真空反应炉中，对低温区升温至100-1000摄氏度，对高温区升温至1000-1100摄氏度，再将碳源通入真空反应炉，碳源经高温区的裂解进入低温区进行化学气相沉积，同时保持氢气流量不变，5-180分钟后即可得到直接沉积石墨烯的衬底。本发明还提供一种双温区管式炉。本发明生长工艺简单，无需催化；生长温度低，在100-1000℃之间；对衬底材料没有限制；生长的石墨烯缺陷峰低，具有极高的晶体质量；生长的石墨烯具有极好的透光性和电导率；可实现石墨烯的大面积生长。

主权项

一种双温区控制低温直接制备石墨烯的方法，其特征是，具体步骤是：(1)取衬底材料置于真空反应炉的低温区中；取过渡金属置于高温区中；(2)通过真空泵将真空反应炉的气压抽至极限真空状态3×10^‑3‑3×10^‑6Torr；(3)保持真空状态3×10^‑3‑3×10^‑6Torr 5‑15分钟后，将真空反应炉的气压升到3×10^‑1‑3×10^‑3Torr；(4)氢气流量计设定为1‑100sccm，将氢气注入真空反应炉的真空腔中；(5)将低温区升温至450‑750摄氏度，将高温区升温至1050‑1100摄氏度；(6)低温区和高温区均得到预定温度后，恒温10‑30分钟进行退火；(7)碳源气体流量计设定为1‑300sccm，将碳源注入真空反应炉的真空腔中，停留5‑180分钟进行生长；(8)关闭碳源气体流量计并将真空腔的温度快速降至室温；(9)关闭氢气流量计并关闭真空泵；(10)打开阀门，用空气将真空腔气压充满到一个大气压状态；(11)打开真空腔真空接口，取出已沉积石墨烯的衬底。