一种制作多层石墨烯TEM样品的方法

摘要

本发明涉及一种制作多层石墨烯TEM样品的方法。本发明首先利用CVD装置在铜箔表面生长出石墨烯薄膜，并将转移介质旋涂在石墨烯表层；接着利用腐蚀溶液将铜箔完全腐蚀，并利用转移介质将石墨烯转移至附有碳膜的支撑网上；然后将结合体放置并漂浮在有机溶剂表面，注意转移介质一侧与有机溶剂紧密贴合；其次当转移介质被有机溶剂完全腐蚀后，结合体静置干燥一段时间，再将另一层附有石墨烯的转移介质均匀贴放在上述结合体表面；最后将结合体再次放置并漂浮在有机溶剂表面，重复以上操作过程，可以得到多层石墨烯的TEM样品。本发明制备出的多层石墨烯TEM样品可以精确控制其石墨烯薄膜层数。

权利要求

1.一种制作多层石墨烯TEM样品的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：利用CVD装置在铜箔两侧上生长出单层石墨烯薄膜，将转移介质均匀旋涂在铜箔一侧的石墨烯薄膜表层；

步骤2：利用腐蚀溶液将铜箔完全腐蚀干净，得到附有单层石墨烯的转移介质；

步骤3：将步骤2得到的单层石墨烯通过转移介质转移至支撑网的碳膜表面，保证单层石墨烯与碳膜完全贴合；

步骤4：将支撑网、碳膜、石墨烯和转移介质组成的结合体放置并且漂浮在有机溶剂表面，保证转移介质与有机溶剂紧密接触；利用有机溶剂的表面张力，使被腐蚀的转移介质无损伤地大面积转移石墨烯至附有碳膜的支撑网上；

步骤5：当转移介质被有机溶剂完全腐蚀后，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置一段时间直至完全干燥，得到石墨烯薄膜；

步骤6：将步骤2得到的单层石墨烯通过转移介质转移至石墨烯薄膜表面，并且使两层石墨烯完全贴合，形成结合体；

步骤7：将步骤6中得到结合体再次小心地放置并漂浮在有机溶剂表面，保证转移介质与有机溶剂紧密接触；

步骤8：当转移介质被有机溶剂完全腐蚀后，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置一段时间直至完全干燥，可以得到两层石墨烯TEM样品；

步骤9：重复步骤6至步骤8操作过程，可以得到多层石墨烯TEM样品。

2.根据权利要求1所述的制作多层石墨烯TEM样品的方法，其特征在于：步骤1所述的转移介质可以为PMMA或PDMS有机介质。

3.根据权利要求1所述的制作多层石墨烯TEM样品的方法，其特征在于：步骤2所述的腐蚀溶液可以为FeCl3或Fe(NO3)3溶液。

4.根据权利要求1所述的制作多层石墨烯TEM样品的方法，其特征在于：步骤3所述的支撑网可以为金质支撑网或铜质支撑网。

5.根据权利要求1所述的制作多层石墨烯TEM样品的方法，其特征在于：步骤4和步骤7所述的有机溶剂相同，所述有机溶剂可以同时为甲苯、四氢呋喃、氯仿或丙酮。

说明书

一种制作多层石墨烯TEM样品的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米材料制备与表征领域，涉及一种制作多层石墨烯TEM样品的方法。

背景技术

[0002] 石墨烯是sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单层原子的排列成蜂窝状六角平面晶体，在电子和光电器件领域有着重要和广阔的应用前景。正因为如此，石墨烯的两位发现者获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

[0003] 多层石墨烯相对于单层石墨烯具有高导电性、高电磁波吸收性以及紫外光阻性等，商业前景应用广阔，目前多层石墨烯的掺杂、催化等研究方向成为热点。透射电子显微镜(TEM)是研究包括石墨烯在内的纳米材料一种有效工具，其分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。TEM样品制备在电子显微学研究中起着非常重要的作用，对于可以控制层数的多层石墨烯TEM样品目前缺少有效的制备方法。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供一种制作多层石墨烯TEM样品的方法，主要包括以下步骤：

[0005] 步骤1：利用CVD装置在铜箔两侧上生长出单层石墨烯薄膜，将转移介质均匀旋涂在铜箔一侧的石墨烯薄膜表层。

[0006] 步骤2：利用腐蚀溶液将铜箔完全腐蚀干净，得到附有单层石墨烯的转移介质。

[0007] 步骤3：将步骤2得到的单层石墨烯通过转移介质转移至支撑网的碳膜表面，保证单层石墨烯与碳膜完全贴合。

[0008] 步骤4：将支撑网、碳膜、石墨烯和转移介质组成的结合体放置并且漂浮在有机溶剂表面，保证转移介质与有机溶剂紧密接触。

[0009] 步骤5：当转移介质被有机溶剂完全腐蚀后，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置一段时间直至完全干燥，得到石墨烯薄膜。

[0010] 步骤6：将步骤2得到的单层石墨烯通过转移介质转移至石墨烯薄膜表面，并且使两层石墨烯完全贴合，形成结合体。

[0011] 步骤7：将步骤6中得到结合体再次小心地放置并漂浮在有机溶剂表面，保证转移介质与有机溶剂紧密接触。

[0012] 步骤8：当转移介质被有机溶剂完全腐蚀后，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置一段时间直至完全干燥，可以得到两层石墨烯TEM样品。

[0013] 步骤9：重复步骤6至步骤8操作过程，可以得到多层石墨烯TEM样品。

[0014] 上述方案中，步骤1所述的转移介质可以为PMMA或PDMS，步骤2所述的腐蚀溶液可以为FeCl3或Fe(NO3)3，步骤3所述的支撑网可以金质支撑网或铜质支撑网，步骤4、步骤7所述的有机溶剂可以为甲苯、四氢呋喃、氯仿或丙酮。

[0015] 本发明的有益效果：本发明利用石墨烯与碳膜的相似性质使其能够完全贴合，并且利用有机溶剂的表面张力使支撑网、碳膜、石墨烯和转移介质漂浮在其表面逐渐腐蚀转移介质，制备出的多层石墨烯TEM样品可以精确控制其石墨烯薄膜层数。

附图说明

[0016] 图1为制作多层石墨烯TEM样品的流程图；

[0017] 图2为利用本发明制备的单层石墨烯SEM图像；

[0018] 图3(a)为利用本发明制备的双层石墨烯SEM图像；

[0019] 图3(b)为利用本发明制备的双层石墨烯局部SEM图像；

[0020] 图4(a)为利用本发明制备的三层石墨烯SEM图像；

[0021] 图4(b)为利用本发明制备的三层石墨烯局部SEM图像.

具体实施方式

[0022] 以下结合附图对本发明作进一步说明。

[0023] 本发明主要描述利用有机溶剂的表面张力，使被腐蚀的转移介质无损伤地大面积转移石墨烯至附有碳膜的支撑网上，完成多层石墨烯TEM样品的制备工作。

[0024] 本发明方法的步骤

[0025] 步骤1：利用CVD装置在铜箔两侧上生长出单层石墨烯薄膜，将转移介质均匀旋涂在铜箔一侧的石墨烯薄膜表层；

[0026] 步骤2：利用腐蚀溶液将铜箔完全腐蚀干净，得到附有单层石墨烯的转移介质；

[0027] 步骤3：将步骤2得到的单层石墨烯通过转移介质转移至支撑网的碳膜表面，保证单层石墨烯与碳膜完全贴合；

[0028] 步骤4：将支撑网、碳膜、石墨烯和转移介质组成的结合体放置并且漂浮在有机溶剂表面，保证转移介质与有机溶剂紧密接触；

[0029] 步骤5：当转移介质被有机溶剂完全腐蚀后，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置一段时间直至完全干燥，得到石墨烯薄膜；

[0030] 步骤6：将步骤2得到的单层石墨烯通过转移介质转移至石墨烯薄膜表面，并且使两层石墨烯完全贴合，形成结合体；

[0031] 步骤7：将步骤6中得到结合体再次小心地放置并漂浮在有机溶剂表面，保证转移介质与有机溶剂紧密接触；

[0032] 步骤8：当转移介质被有机溶剂完全腐蚀后，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置一段时间直至完全干燥，可以得到两层石墨烯TEM样品；

[0033] 步骤9：重复步骤6至步骤8操作过程，可以得到多层石墨烯TEM样品。

[0034] 以下给出具体实施例：

[0035] 实施例1：利用PMMA将铜箔片上的石墨烯薄膜转移至附有碳膜的金质支撑网上[0036] 制作多层石墨烯TEM样品的流程图如附图1所示：首先利用CVD装置在25微米厚的铜箔片两侧生长出单层石墨烯薄膜；接着利用旋涂机将溶解在氯苯溶剂中、溶解度为46mg/mL的PMMA均匀旋涂在铜箔一侧的石墨烯表层，其中旋转速度为4000转/分钟，旋涂时间为1分钟；接着将完成旋涂的铜箔片放置在烤箱中烘烤30分钟，烤箱烘烤温度为
180℃；然后将旋涂上PMMA的铜箔片静置冷却至室温，将铜箔片放置在溶液浓度为0.5mol/L的FeCl3溶液中80分钟，可以到单层石墨烯与PMMA的结合体；使用该结合体覆盖在金质支撑网的碳膜表面，其中碳膜直径为1微米，将支撑网、碳膜、石墨烯和PMMA组成的结合体小心地放置并漂浮在甲苯溶剂表面，注意PMMA与甲苯溶剂表面紧密贴合；经过6小时PMMA完全被甲苯腐蚀完毕，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置干燥一段时间，得到转移至金质支撑网的单层石墨烯薄膜，如附图2所示；再次将另一层附有石墨烯的PMMA均匀贴放在上述结合体表面，并将支撑网、碳膜、第一层石墨烯、第二层石墨烯和PMMA组成的结合体再次小心地放置并漂浮在甲苯表面，等待PMMA完全溶解后静置一段时间，得到转移至金质支撑网的双层石墨烯薄膜，其中利用本发明转移至金质支撑网上的双层石墨烯SEM图像及局部SEM图像如附图3(a)和附图3(b)所示；重复以上操作过程，可以得到转移至金质支撑网的多层石墨烯的TEM样品，其中利用本发明转移至金质支撑网上的三层石墨烯SEM图像及局部SEM图像如附图4(a)和附图4(b)所示。

[0037] 实施例2：利用PMMA将铜箔片上的石墨烯薄膜转移至附有碳膜的铜质支撑网上[0038] 首先利用CVD装置在25微米厚的铜箔片两侧生长出单层石墨烯薄膜；接着利用旋涂机将溶解在氯苯溶剂中、溶解度为46mg/mL的PMMA均匀旋涂在铜箔一侧的石墨烯表层，其中旋转速度为4000转/分钟，旋涂时间为1分钟；接着将完成旋涂的铜箔片放置在烤箱中烘烤30分钟，烤箱烘烤温度为180℃；然后将旋涂上PMMA的铜箔片静置冷却至室温，将铜箔片放置在溶液浓度为0.2mol/L的Fe(NO3)3溶液中150分钟，可以到单层石墨烯与PMMA的结合体；使用该结合体覆盖在铜质支撑网的碳膜表面，其中碳膜直径为1微米，将支撑网、碳膜、石墨烯和PMMA组成的结合体小心地放置并漂浮在四氢呋喃溶剂表面，注意PMMA与四氢呋喃溶剂表面紧密贴合；经过6小时PMMA完全被四氢呋喃腐蚀完毕，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置干燥一段时间，得到转移至铜质支撑网的单层石墨烯薄膜；再次将另一层附有石墨烯的PMMA均匀贴放在上述结合体表面，并将支撑网、碳膜、第一层石墨烯、第二层石墨烯和PMMA组成的结合体再次小心地放置并漂浮在四氢呋喃表面，等待PMMA完全溶解后静置一段时间，得到转移至铜质支撑网的双层石墨烯薄膜；重复以上操作过程，可以得到转移至铜质支撑网的多层石墨烯的TEM样品。

[0039] 实施例3：利用PDMS将铜箔片上的石墨烯薄膜转移至附有碳膜的金质支撑网上[0040] 首先利用CVD装置在25微米厚的铜箔片两侧生长出单层石墨烯薄膜；接着利用旋涂机将液态下的PDMS(其中聚乙烯基甲基硅氧烷和含氢聚硅氧烷质量配比为10:1)均匀旋涂在铜箔一侧的石墨烯表层，其中旋转速度为5000转/分钟，旋涂时间为1分钟；接着将完成旋涂的铜箔片放置在烤箱中烘烤15分钟，烤箱烘烤温度为120℃；然后将旋涂上PDMS的铜箔片静置冷却至室温，将铜箔片放置在溶液浓度为0.5mol/L的FeCl3溶液中90分钟，可以到单层石墨烯与PDMS的结合体；使用该结合体覆盖在金质支撑网的碳膜表面，其中碳膜直径为1微米，将支撑网、碳膜、石墨烯和PDMS组成的结合体小心地放置并漂浮在氯仿溶剂表面，注意PDMS与氯仿溶剂表面紧密贴合；经过1小时PDMS完全被氯仿腐蚀完毕，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置干燥一段时间，得到转移至金质支撑网的单层石墨烯薄膜；再次将另一层附有石墨烯的PDMS均匀贴放在上述结合体表面，并将支撑网、碳膜、第一层石墨烯、第二层石墨烯和PDMS组成的结合体再次小心地放置并漂浮在氯仿表面，等待PDMS完全溶解后静置一段时间，得到转移至金质支撑网的双层石墨烯薄膜；重复以上操作过程，可以得到转移至金质支撑网的多层石墨烯的TEM样品。

[0041] 实施例4：利用PDMS将铜箔片上的石墨烯薄膜转移至附有碳膜的铜质支撑网上[0042] 首先利用CVD装置在25微米厚的铜箔片两侧生长出单层石墨烯薄膜；接着利用旋涂机将液态下的PDMS(其中聚乙烯基甲基硅氧烷和含氢聚硅氧烷质量配比为10:1)均匀旋涂在铜箔一侧的石墨烯表层，其中旋转速度为5000转/分钟，旋涂时间为1分钟；接着将完成旋涂的铜箔片放置在烤箱中烘烤15分钟，烤箱烘烤温度为120℃；然后将旋涂上PDMS的铜箔片静置冷却至室温，将铜箔片放置在溶液浓度为0.2mol/L的Fe(NO3)3溶液中150分钟，可以到单层石墨烯与PDMS的结合体；使用该结合体覆盖在铜质支撑网的碳膜表面，其中碳膜直径为1微米，将支撑网、碳膜、石墨烯和PDMS组成的结合体小心地放置并漂浮在丙酮溶剂表面，注意PDMS与丙酮溶剂表面紧密贴合；经过150分钟PDMS完全被丙酮腐蚀完毕，将支撑网、碳膜和石墨烯组成的结合体静置干燥一段时间，得到转移至铜质支撑网的单层石墨烯薄膜；再次将另一层附有石墨烯的PDMS均匀贴放在上述结合体表面，并将支撑网、碳膜、第一层石墨烯、第二层石墨烯和PDMS组成的结合体再次小心地放置并漂浮在丙酮表面，等待PDMS完全溶解后静置一段时间，得到转移至铜质支撑网的双层石墨烯薄膜；重复以上操作过程，可以得到转移至铜质支撑网的多层石墨烯的TEM样品。