阅读说明：本技术 一种液态金属气相沉积制备石墨烯的方法 (Method for preparing graphene through liquid metal vapor deposition ) 是由 胡晶娟 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种液态金属气相沉积制备石墨烯的方法,包括以下步骤：1)将基体铜、镍或铜镍合金清洗后,置于气相沉积炉的石墨坩埚中,通入氮气保持压力为0.1Mpa以上；2)升温加热熔融为铜、镍或铜镍熔融液；3)向熔融液中通入气态烷烃,石墨烯随气体飘浮至熔融液面上,4)停止通入气态烷烃后,停止加热,直到熔融液冷却凝固后停止通入氮气,所得产品经三氯化铁和盐酸混合溶液进行酸洗去除基体,清洗后干燥得石墨烯成品。本发明创造性的在熔融的液态金属中鼓泡生产石墨烯,实现高品质连续生产,大大提高生产效率。(The invention discloses a method for preparing graphene by liquid metal vapor deposition, which comprises the following steps: 1) cleaning a matrix of copper, nickel or copper-nickel alloy, placing the matrix in a graphite crucible of a vapor deposition furnace, and introducing nitrogen to keep the pressure above 0.1 MPa; 2) heating and melting the mixture into copper, nickel or copper-nickel molten liquid; 3) and (2) introducing gaseous alkane into the molten liquid, floating the graphene to the molten liquid surface along with the gas, 4) stopping introducing the gaseous alkane, stopping heating until the molten liquid is cooled and solidified, stopping introducing nitrogen, performing acid washing on the obtained product by using a mixed solution of ferric trichloride and hydrochloric acid to remove a matrix, and drying after cleaning to obtain a graphene finished product. The invention creatively produces the graphene by bubbling in the molten liquid metal, realizes high-quality continuous production and greatly improves the production efficiency.)

一种液态金属气相沉积制备石墨烯的方法

技术领域

本发明涉及一种液态金属气相沉积制备石墨烯的方法。

背景技术

CVD气相沉积法是目前生产高品质石墨烯的最佳方法，其通过封闭环境下在高温铜箔上通入含碳气体，高温分解碳原子在铜箔表面有序排列生成石墨烯，其生产的石墨烯品质高，但存在着效率低、成本高、无法规模化生产等缺点。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种液态金属气相沉积制备石墨烯的方法，创造性的在熔融的液态金属中鼓泡生产石墨烯，实现高品质连续生产，大大提高生产效率。

技术方案：本发明所述的一种液态金属气相沉积制备石墨烯的方法，包括以下步骤：

1)将基体铜、镍或铜镍合金清洗后，置于气相沉积炉的石墨坩埚中，将气相沉积炉抽真空，再向系统中通入氮气至正压，反复操作三次至系统氮气压力保持为0.1Mpa以上；

2)按800-1200Nm³/h速度通入氮气，启动电加热系统，将铜、镍或铜镍合金加热熔融为铜、镍或铜镍熔融液，并升温至1100-1500度；

3)向熔融液中按20-100Nm³/h通入气态烷烃，石墨烯随气体飘浮至熔融液面上，其中，每小时通入气态烷烃的体积为熔融液体积的200-300％；

4)停止通入气态烷烃后，停止加热，直到熔融液冷却凝固后停止通入氮气，所得产品经三氯化铁和盐酸混合溶液进行酸洗去除基体，再清洗后干燥得石墨烯成品。

优选地，所述的气态烷烃为天燃气、甲烷、乙炔或丙烷。

优选地，所述的基体铜、镍或铜镍合金依次采用丙酮、去离子水清洗。

优选地，气相沉积炉采用循环水冷却。

优选地，所述的气相沉积炉的石墨坩埚底部分布有若干进气孔，气态烷烃采用底部进气的方式通入铜液中，或者，所述的气相沉积炉的石墨坩埚内设置有气体分布器，气态烷烃通过气体分布器通入铜液中。

有益效果：

1、液态金属气相沉积法开创性的使用熔融的液态金属代替固态金属，将含碳气体通入熔融的液态金属，在气泡表面发生碳裂解沉积、有序排列生成石墨烯，生产的石墨烯漂浮于液体金属表面，通过气流连续采出，从而实现连续生产，本方法可实现石墨烯的连续生产，极大提高生产效率(达250g-1200g/h)，大大降低生产成本，并可实现规模化工业生产。

2、与传统气相沉积法相比，产品生产效率非常高；和氧化石墨还原法相比，石墨烯产品缺陷小很多，品质更高。

附图说明

图1为石墨烯产品的电子显微镜扫描图谱；

图2为石墨烯产品拉曼光谱分析图；

图3为石墨烯产品原子力显微镜扫描图谱。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

1)将150L基体铜颗粒清洗后，置于气相沉积炉300L石墨坩埚(石墨坩埚底部分布有大量0.3mm进气孔)中，将气相沉积炉抽真空至10^-3pa，再向系统中通入氮气至正压，反复操作三次至系统氮气压力保持为0.1Mpa；

2)按1000Nm³/h速度通入氮气，启动电加热系统，将铜颗粒加热熔融为铜熔融液，并升温至1200度；

3))向熔融液中按36Nm³/h通入天然气，石墨烯随气体飘浮至熔融液面上，其中，每小时通入气态烷烃的体积为铜、镍或铜镍熔融液体积的240倍；

4)停止通入天燃气后，停止加热，直到铜熔融液冷却凝固后停止通入氮气，所得产品经三氯化铁和盐酸混合溶液进行酸洗去除基体，再清洗后干燥得石墨烯成品。

实施例2

1)将150L基体镍颗粒清洗后，置于气相沉积炉300L石墨坩埚(石墨坩埚底部分布有大量0.3mm进气孔)中，将气相沉积炉抽真空至10^-3pa，再向系统中通入氮气至正压，反复操作三次至系统氮气压力保持为0.1Mpa；

2)按1000Nm³/h速度通入氮气，启动电加热系统，将镍颗粒加热熔融为镍熔融液，并升温至1500度；

3)向熔融液中按30Nm³/h通入天然气，石墨烯随气体飘浮至熔融液面上，其中，每小时通入气态烷烃的体积为铜、镍或铜镍熔融液体积的200倍

4)停止通入丙烷后，停止加热，直到镍熔融液冷却凝固后停止通入氮气，所得产品经三氯化铁和盐酸混合溶液进行酸洗去除基体，再清洗后干燥得石墨烯成品。

所述的石墨烯成品的电子显微镜扫描图如图1所示，可见产品为薄层片状结构，且高度褶皱；拉曼光谱分析图如图2所示，产品D峰非常小，说明产品缺陷小，品质高；原子力显微镜扫描如图3所示，石墨烯在AFM下观测到的厚度在5nm；石墨烯原子层数在3-40层，并高度褶皱。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。