内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对 本发明作进一步详细的说明，其中
[0028] 图1为本发明沉积前将铜箔与卷形石英舟固定的示意图。
[0029] 图2为本发明应用例2沉积的大面积石墨烯的表面形貌（200倍）。从该图看出铜 箔表面沉积的石墨烯连续、平整光滑、无缺陷。
[0030] 图3为本发明引用例2沉积的石墨烯的拉曼光谱。
[0031] 附图中标号为：
[0032] 金属衬底1、小孔11、卷形石英舟2、固定丝3、绑条4。
【具体实施方式】
[0033] 见图1，本实施例的生长大面积石墨烯的装置包括金属衬底1、卷形石英舟2、固定 装置、进气管5和扩散炉；金属衬底1的两边各设置有至少一个小孔11 ;卷形石英舟2由两 个支撑角支撑放置在扩散炉内。固定装置包括固定丝3和绑条4,固定丝3穿过两边小孔 11将金属衬底1固定在卷形石英舟2上。绑条4将金属衬底1两端与卷形石英舟2固定。 进气管5上均匀分布有出气孔51。
[0034] 采用前述的装置生长大面积石墨烯的方法包括以下步骤：
[0035] 步骤一：准备金属衬底1 ;采用铜箔作为金属衬底1，用去离子水和纯度不小于 99. 7%的丙酮对铜箔表面进行全面的擦洗，并晾干；
[0036] 步骤二：将金属衬底1装样于卷形石英舟2的外表面上；固定丝3为无氧铜丝；在 金属衬底1两边各打至少一个小孔11，用固定丝3穿过两边小孔11将金属衬底1固定在卷 形石英舟2上；再在金属衬底1两端绑上绑条4,如图1所示。
[0037] 步骤三：将步骤二的包含金属衬底1的卷形石英舟2放入扩散炉内进行沉积；
[0038] a、将扩撒炉内压力抽到IOOpa以下，保压30分钟，确保扩散炉真空系统稳定后，向 扩散炉内通氩气至常压；a步过程重复两次，氩气流量为lOOOsccm;
[0039] b、将扩散炉升温至950~1050°C ;升温过程中采用氩气和氢气保护，该过程中通 氩气和氢气的流量分别为500~2000sccm和500~lOOOsccm，达到目标温度后，关闭氩气 和氢气；
[0040] c、将扩散炉真空抽到1~lOOpa，然后向扩散炉内通入氢气和烃类气体或液体碳 源，在该温度和压力下沉积10~20min ;氢气和烃类气体或液体碳源的纯度为99. 999%;烃 类气体或液体碳源的流量为400~60〇SCCm，氢气流量为20~4〇SCCm ;
[0041] d、关闭氢气和烃类气体或液体碳源，将扩散炉真空抽到1~100pa，然后关闭抽 气泵；向扩散炉内通入氢气和烃类气体或液体碳源，直到压力升高到I. 1~I. 5Kpa后关 闭所有气体；在该温度和压力下沉积3~IOmin ;氢气和烃类气体或液体碳源的纯度为 99. 999% ;烃类气体或液体碳源的流量为100~200sccm，氢气流量为100~200sccm ;
[0042] e、沉积过程结束后，立即抽去扩散炉内反应后的残留气体，在氩气和氢气保护下 降温冷却，氦气流量1000 sccm,氢气流量为100~200sccm。
[0043] 步骤四：冷却，取样：冷却后，裁断绑条4和固定丝3,拖住裁断的绑条4沿切线方 向将生长石墨烯的金属衬底1转移到亚克力板上。
[0044] 下面进行六个应用例,表一为采用两步沉积法的三个应用例的具体工艺参数：
[0045] 表一
[0047] 表二为采用三步沉积法的三个应用例的具体工艺参数：
[0048] 表二：
[0049]
[0050]
[0051 ] 为便于对比，在此以现有的气相沉积法做三个对比例：
[0052] 对比例1 :卷形石英舟，一步沉积；
[0053] 对比例2 :卷形石英舟，两步沉积，参数不同；
[0054] 对比例3 :石英斜板，两步沉积；
[0055]表三：
[0056]
[0057] 对以上六个应用例和三个对比例进行检测，各检测结果如下表四：
[0058] 表四
[0059]
[0060] 由表二的对比可知，本发明的方法制备的大面积石墨烯样品大、层数均匀、方阻和 透过率均匀，转样后表面光滑平整无褶皱（如图2和图3,应用例2的显微镜图片和拉曼光 谱可进一步印证。
[0061] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种生长大面积石墨烯的装置，其特征在于：包括金属衬底（I)、卷形石英舟（2)、固 定装置和扩散炉；金属衬底（1)的两边各设置有至少一个小孔（11);所述固定装置包括固 定丝（3)，所述固定丝（3)穿过两边小孔（11)将金属衬底（1)固定在卷形石英舟（2)上。2. 根据权利要求1所述的一种生长大面积石墨烯的装置，其特征在于：所述固定装置 还包括用于将金属衬底（1)两端与卷形石英舟（2)固定的绑条（4)。3. 根据权利要求2所述的一种生长大面积石墨烯的装置，其特征在于：还包括进气管 (5);所述进气管（5)上均匀分布有出气孔（51);所述进气管（5)为直管或者环绕卷形石英 舟⑵设置。4. 一种生长大面积石墨烯的方法，其特征在于：采用权利要求3所述的装置，包括以下 步骤： 步骤一：准备金属衬底（1); 步骤二：将金属衬底（1)装样于卷形石英舟（2)外表面上；在金属衬底（1)两边各打至 少一个小孔（11)，用固定丝（3)穿过两边小孔（11)将金属衬底（1)固定在卷形石英舟（2) 上，再在金属衬底（1)两端绑上绑条（4); 步骤三：将步骤二的包含金属衬底（1)的卷形石英舟（2)放入扩散炉内进行沉积； 步骤四：冷却，取样。5. 根据权利要求4所述的一种生产大面积石墨烯的方法，其特征在于所述步骤四的 具体方法为：冷却后，裁断绑条（4)和固定丝（3)，拖住裁断的绑条（4)沿切线方向将生长 石墨烯的金属衬底（1)转移到亚克力板上；所述步骤一中的金属衬底（1)为铜箔；对铜箔 的处理方法为：用去离子水和纯度不小于99. 7%的丙酮对铜箔表面进行全面的擦洗，并晾 干；所述步骤二中的固定丝（3)为无氧铜丝。6. 根据权利要求5所述的一种生产大面积石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤三沉 积石墨烯的具体方法为：a、将扩撒炉内压力抽到IOOpa以下，保压30分钟，确保扩散炉真空 系统稳定后，向扩散炉内通氩气至常压；b、将扩散炉升温至950~1050°C;C、将扩散炉真空 抽到1~lOOpa，然后向扩散炉内通入氢气和烃类气体或液体碳源，在该温度和压力下沉积 10~20min;d、关闭氢气和烃类气体或液体碳源，将扩散炉真空抽到1~lOOpa，然后关闭 抽气泵；向扩散炉内通入氢气和烃类气体或液体碳源，直到压力升高到I. 1~I. 5Kpa后关 闭所有气体；在该温度和压力下沉积3~IOmin;e、沉积过程结束后，立即抽去扩散炉内反 应后的残留气体，降温冷却。7. 根据权利要求6所述的一种生长大面积石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤三的 a步过程重复两次，氩气流量为lOOOsccm;所述步骤三的b步中升温过程中采用氩气和氢气 保护，该过程中通氩气和氢气的流量分别为500~2000sccm和500~lOOOsccm，达到目标 温度后，关闭氩气和氢气；所述e步中在氩气和氢气保护下降温，氩气流量lOOOsccm，氢气 流量为100~20〇Sccm;所述步骤三的c步和d步中的氢气和烃类气体或液体碳源的纯度为 99. 999% ;c步中烃类气体或液体碳源的流量为400~600sccm，氢气流量为20~40sccm; d步中烃类气体或液体碳源的流量为100~200sccm，氢气流量为100~200sccm。8. 根据权利要求5所述的一种生产大面积石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤三沉 积石墨烯的具体方法为：a、将扩撒炉内压力抽到IOOpa以下，保压30分钟，确保扩散炉真空 系统稳定后，向扩散炉内通氩气至常压；b、将扩散炉升温至950~1050°C;C、将扩散炉真空 抽到1~lOOpa，然后向扩散炉内通入氢气和烃类气体或液体碳源，在该温度和压力下沉积 10~20min;d、将扩散炉真空抽到1~lOOpa，然后向扩散炉内通入氢气和烃类气体或液体 碳源，在该温度和压力下沉积5~IOmin;e、关闭氢气和烃类气体或液体碳源，将扩散炉真 空抽到1~lOOpa，然后关闭抽气泵；向扩散炉内通入氢气和烃类气体或液体碳源，直到压 力升高到I. 1~L5Kpa后关闭所有气体；在该温度和压力下沉积3~IOmin;f、沉积过程 结束后，立即抽去扩散炉内反应后的残留气体，降温冷却。9. 根据权利要求8所述的一种生长大面积石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤三的 a步过程重复两次，氩气流量为lOOOsccm;所述步骤三的b步中升温过程中采用氩气和氢气 保护，该过程中通氩气和氢气的流量分别为500~2000sccm和500~lOOOsccm，达到目标 温度后，关闭氩气和氢气；所述f步中在氩气和氢气保护下降温，氩气流量lOOOsccm，氢气 流量为1〇〇~200sccm;所述步骤三的c步和d步和e步中的氢气和经类气体或液体碳源的 纯度为99. 999% ;c步中烃类气体或液体碳源的流量为400~60〇SCCm，氢气流量为20~ 40sccm;d步中经类气体或液体碳源的流量为40~60sccm，氢气流量为20~40sccm;e步 中烃类气体或液体碳源的流量为100~200sccm，氢气流量为100~200sccm。10. -种石墨烯，其特征在于；由权利要求4-9任一所述的方法制备而得。
【专利摘要】本发明公开了一种生长大面积石墨烯的装置、方法以及由此得到的石墨烯，装置包括金属衬底、卷形石英舟、固定装置和扩散炉；金属衬底的两边各设置有至少一个小孔；所述固定装置包括固定丝，所述固定丝穿过两边小孔将金属衬底固定在卷形石英舟上。本发明利用卷型石英舟来作为铜箔承载装置，将铜箔装配在卷形石英舟外表面，然后仅用固定丝固定，能最大面积的装配铜箔和沉积石墨烯，而且由于铜箔始终有卷形石英舟给予支撑，在装样、沉积、取样时都不会产生褶皱，因此不仅面积较工业化生产和实验室实验样品大很多(可以做到大于0.5m2)、层数均匀(1～3层)、方阻和透过率均匀，而且如此大面积石墨烯转样后表面光滑平整无褶皱。
【IPC分类】C01B31/04
【公开号】CN105174247
【申请号】
【发明人】金虎, 张旭磊, 刘志成, 史明亮, 邓科文, 张志华
【申请人】常州二维碳素科技股份有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年5月30日