CN110225882B - 一种制备石墨烯的工艺、一种石墨烯及其基材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备石墨烯的工艺，其中所述工艺简单且经济。在所述工艺中，将基材与气化的颗粒紫胶接触以在所述基材上制备石墨烯，所述基材包括但不限于导电材料和非导电材料。本发明还涉及一种石墨烯，其对离子和分子是不可渗透的、抗氧化的并且是疏水的。本发明还涉及一种包含石墨烯的基材，所述基材抗腐蚀、抗氧化并且是疏水的。

Description

一种制备石墨烯的工艺、一种石墨烯及其基材

技术领域

本发明涉及石墨烯的制备。本发明主要涉及一种利用诸如颗粒紫胶(seedlac)蒸气的碳源制备石墨烯的工艺。本发明还涉及一种通过所述工艺制备的石墨烯。本发明还涉及一种包含所述石墨烯的基材。

背景技术

石墨烯是石墨的单原子衍生物，其具有不同寻常的电子、机械、光学和热学性质。

尽管已知其有价值的性质，但由于缺乏简单的制备工艺，石墨烯基产品的商业化受到限制。例如，化学气相沉积(Chemical vapour deposition,CVD)是在具有大表面覆盖率的基材上制备石墨烯的最常规的工艺。然而，由于较低温度下在诸如镍和铜等基材上制备石墨烯的催化需要，CVD工艺受到限制。并且该工艺需要对如前体(precursor)、气体流速、基材温度和退火时间(annealing time)等工艺参数的精准控制。

已知其他工艺，例如机械剥离(mechanical exfoliation)、溶剂热产品的热解(pyrolysis of solvothermal products)和涂覆有有机化合物的基材的等离子体处理(plasma treatment)已被用于制备石墨烯。然而，上述工艺有其自身的局限性，例如石墨烯的制备仅限于特定的基材、需要受控气氛(requirement of controlled atmosphere)等，此外，这些制备石墨烯的工艺并不经济。

鉴于可用于制备石墨烯的工艺存在上述局限性/缺点，需要开发一种不存在此类局限性/缺点的工艺。

发明总结

本发明克服了截止到本申请的优先权日为止的已知用于制备石墨烯的工艺的局限性/缺点。

因此，本发明涉及一种制备石墨烯的工艺，其中所述工艺包括以下步骤：

加热基材和至少一个进料器；

将颗粒紫胶的蒸气与所述基材接触；和

将所述基材冷却以制成石墨烯。

在另一个实施方案中，本发明涉及一种由所述工艺制备得到的石墨烯，其中所述石墨烯是不可渗透的、抗氧化的和疏水的。

在另一个实施方案中，本发明涉及一种包含所述石墨烯的基材。

附图说明

为了便于理解和实施本发明，现参照附图所示的示例性实施例。附图以及下列详细说明被并入并形成说明书的一部分，并且用于进一步说明实施例和解释本发明的各种原理和优点，其中：

图1说明了颗粒紫胶的化学结构。

图2说明了在基材上制备石墨烯的实验步骤。

图3说明了具有任意连续性的石墨烯的不同放大倍数的显微光学和扫描电子显微镜(SEM)图像。

图4说明了石墨烯在所述石墨烯的不同区域处的拉曼光谱。

图5分别说明了含石墨烯的基材和裸基材(没有所述石墨烯)的透射光谱。

图6说明了石墨烯在不同退火时间下所述石墨烯的不同区域处的拉曼光谱。

图7说明了在石墨烯和裸基材(没有所述石墨烯)上进行的氯化铁暴露试验。

图8分别说明了石墨烯和裸基材(没有所述石墨烯)的电化学塔菲尔(Tafel)图。

图9分别说明了在基材上的石墨烯和裸基材(没有所述石墨烯)在空气存在下和约250℃的退火温度下，在不同持续时间下的XRD图谱。

图10分别说明了含石墨烯的基材和裸基材(没有所述石墨烯)上的水接触角。

图11分别说明了在所述石墨烯的不同区域的石墨烯拉曼(Raman)光谱，其中所述石墨烯在各退火温度下保持约15分钟在所述基材上形成。

详细描述

本发明所述的工艺是一种简单的在基材上制备具有大表面覆盖率的石墨烯的工艺。所述工艺在商业上是可行的并且克服了与现有用于制备石墨烯的工艺相关的局限性和/或缺点。

本发明特别涉及一种制备石墨烯的工艺。

在一个非限制性实施方案中，本发明涉及一种从诸如颗粒紫胶蒸气的碳源在基材上制备石墨烯的工艺，所述基材包括但不限于导电材料和非导电材料。在一个替代性的实施方案中，所述基材包括但不限于氧化的导电材料和氧化的非导电材料。

在一个非限制性实施方案中，所述导电材料选自铜、镍、铝、铬、钨、青铜金(bronzegold)和合金，或其任意组合，其中所述合金选自钢(SS 904)、低碳钢、Al-Zn合金(Al3003)、Al-Si合金(Al 4343)、Cu-Ni和Ni-Cr，或其任意组合。

在另一个非限制性实施方案中，所述非导电材料选自玻璃和石英或其组合。

在一个非限制性实施方案中，所述氧化的导电材料选自氧化锌、氧化锡和氧化铟，或其任意组合。在另一个非限制性实施方案中，所述氧化的非导电材料选自石英、玻璃、钢化玻璃、云母和陶瓷，或其任意组合。

在一个实施方案中，所述基材的形式选自片材(sheet)、线材(wire)、箔(foil)和网(mesh)，或其任意组合。

在一个实施方案中，所述诸如颗粒紫胶的碳源为蒸气形式。图1说明了颗粒紫胶的化学结构，其含有带有与羟基和乙酸酯官能团连接的长脂肪族链的环状六元和五元碳环。

在一个示例性实施方案中，制备石墨烯的工艺包含将所述基材与诸如颗粒紫胶的碳源接触的步骤，其中所述颗粒紫胶为蒸气形式。所述颗粒紫胶以蒸气形式作为制备石墨烯的前体。

在一个实施方案中，通过将所述颗粒紫胶加热至其约300℃至500℃的玻璃化转变温度(glass transition temperature)以上来气化颗粒。

在本发明所述工艺的一个实施方案中，在优化的实验条件下通过去除羟基官能团的键重排将气化的颗粒紫胶转化为石墨烯，从而在基材上制成大面积石墨烯，所述基材包括但不限于导电材料和非导电材料。

在一个示例性实施方案中，本发明所述工艺中使用的气化的颗粒紫胶具有能够形成大面积石墨烯而不受限于特定的基材的优点，其与现有技术不同，并且能够在任意基材上形成石墨烯，所述基材包括但不限于导电材料和非导电材料。

在一个示例性实施方案中，所述制备石墨烯的工艺包含以下步骤：

加热所述基材至预定温度；

将所述颗粒紫胶的蒸气与所述基材接触；

将所述基材冷却以制成石墨烯。

在一个实施方案中，将所述基材在真空中，在约10^-1mbar至10^-5mbar的压力下或在包含约100sccm至500sccm流速的氩气，氩气和氢气的组合或氮气和氢气的组合的受控气氛下，加热至约400℃至1200℃，持续约1分钟至120分钟。

在另一个示例性实施方案中，所述制备石墨烯的工艺包括以下步骤：

加热所述基材和至少一个进料器(feeder)；

将所述颗粒紫胶的蒸气与所述基材接触；

将所述基材冷却至室温以制成石墨烯。

在一个实施方案中，所述进料器是与所述基材相同或不同的任意材料，其中所述进料器包含颗粒紫胶溶液。

所述颗粒紫胶溶液是醇中的颗粒紫胶，其中所述醇选自乙醇、异丙醇和叔丁醇，或其任意组合，其中所述颗粒紫胶的浓度为每升醇约10g至200g。

在一个示例性实施方案中，通过将选自乙醇、异丙醇和叔丁醇，或其任意组合的醇中的颗粒紫胶加热至约25℃至90℃，持续约10分钟到60分钟以制备颗粒紫胶溶液。

在一个示例性实施方案中，通过包括但不限于浸渍和旋涂的技术将所述颗粒紫胶溶液浇铸在所述进料器上，然后在空气气氛中将所述进料器表面干燥约1分钟至10分钟；然后将其放入炉(furnace)中。

在一个实施方案中，所述进料器是与所述基材相同的任意材料，包括但不限于导电材料和非导电材料，其具有约500℃到4000℃的高熔点。

在一个替代性的实施方案中，所述进料器是与所述基材不同的任意材料，其熔点为约300℃至4000℃。

在一个实施方案中，将所述基材和包含颗粒紫胶的进料器在真空中，在约10^-1mbar至10^-5mbar的压力下，加热至约400℃至1200℃，持续约1分钟至120分钟，由此使所述进料器上的颗粒紫胶气化，并使所述基材与所述颗粒紫胶接触。所述加热在炉中进行，其中所述炉是能够被加热至预定温度的任意电子加热炉。

在一个替代性的实施方案中，在包含约100sccm至500sccm流速的氩气，氩气和氢气的组合或氮气和氢气的组合的受控气氛下，将所述基材和包含颗粒紫胶的进料器加热至约400℃至1200℃，持续约1分钟至120分钟，由此使所述进料器上的颗粒紫胶气化，并使所述基材与所述颗粒紫胶接触。

在一个非限制性实施方案中，所述石墨烯的厚度为约1nm至100nm。此外，所述石墨烯的厚度取决于颗粒紫胶给料的浓度。因此，为了获得预定厚度的石墨烯，需要预定量的颗粒紫胶。

在另一个替代性的非限制性实施方案中，所述石墨烯的厚度取决于通过旋涂在所述进料器上的颗粒紫胶给料的浓度。因此，为了获得预定厚度的石墨烯，通过旋涂将预定量的颗粒紫胶涂覆在所述进料器上。

在一个示例性实施方案中，一种用于制备石墨烯的***，所述***包括以下组件：

用于固定基材和至少一个进料器的基材支架(substrate holder)；

用于加热包含基材和至少一个进料器的基材支架的炉；和

将所述基材冷却至室温以制成石墨烯的冷却装置。

在一个非限制性实施方案中，通过包括但不限于旋涂的技术将颗粒紫胶溶液浇铸在所述进料器上，然后在空气气氛中将所述进料器表面干燥约1分钟至10分钟。所述颗粒紫胶溶液是选自乙醇、异丙醇和叔丁醇，或其任意组合的醇中的颗粒紫胶，其浓度范围为每升醇约10g至200g。

在一个实施方案中，所述基材是任何材料，包括但不限于导电材料和非导电材料。在一个替代性的实施方案中，所述基材包括但不限于氧化的导电材料和氧化的非导电材料。

在一个实施方案中，所述基材支架是能够将所述基材和至少一个进料器保持预定距离的任意平台。

在一个实施例方案，所述炉是能够将所述平台加热至预定温度的任意电子加热炉。

图2例示了通过本发明的工艺制备石墨烯的实验装置。所述装置包含加热平台，其中所述基材被至少一个涂覆有颗粒紫胶溶液的进料器环绕。将包含所述基材和至少一个涂覆有颗粒紫胶溶液的进料器的加热平台置于加热炉中，通过将炉升温，产生颗粒紫胶的蒸气(颗粒紫胶气化)并沉积在所述基材上，由此当所述基材冷却至约20℃至40℃(室温)时，在所述基材上形成石墨烯。

在一个实施方案中，通过本发明的工艺制备石墨烯的优点是：

·该工艺简单并且易于实现在任何基材上涂覆而没有任何限制，其中所述基材是导电材料或非导电材料或两者。

·该过程不使用任何危险化学品，因此是一个环境友好型工艺。

·该工艺不采用前体溶液在基材上进行预涂覆，因为基于溶液的方式不会形成大面积的石墨烯。然而，本即时工艺能够制备大面积石墨烯而没有任何限制。

·由于在本发明的工艺中没有用前体溶液预涂覆基材，因此避免了干燥步骤，这与现有技术的工艺不同，现有技术中需要特定的干燥步骤来干燥前体溶液涂覆的基材。

·与现有技术中已知工艺不同，本发明的工艺可以在曲面上制备石墨烯。

·与现有技术中已知工艺不同，该工艺在商业上可行且经济。

·所述石墨烯在真空和使用惰性气体的受控气氛中均可以独立地制备。

本发明进一步涉及一种通过本发明的工艺制备的石墨烯。

在一个实施方案中，所述石墨烯是不可渗透的，从而使具有所述石墨烯的基材具有抗腐蚀性，其中所述基材是包括但不限于导电材料和非导电材料的任意材料。

在另一个实施方案中，通过本发明的工艺制备的石墨烯是还原的氧化石墨烯(reduced graphene oxide)，其包含氧含量。

在一个非限制性实施方案中，所述导电材料选自铜、镍、铝、铬、钨、青铜金和合金，或其任意组合，其中所述合金选自钢(SS 904)、低碳钢、Al-Zn合金(Al 3003)，Al-Si合金(Al 4343)，Cu-Ni和Ni-Cr，或其任意组合。

在一个实施方案中，所述非导电材料选自玻璃和石英，或其组合。

在一个实施方案中，图3例示了显微图像，其中图3a-3c例示了不同放大倍数的显微图像。图3a的插图显示了所述石墨烯的数字光学图像。图3d-3f例示了所述石墨烯的SEM图像。图3(f)表明所述石墨烯没有结构缺陷。

在一个实施方案中，图4例示了在所述石墨烯表面的不同区域处的石墨烯拉曼光谱。该光谱清楚地显示了G带和宽2D带的存在，此为石墨烯的主要指标。观察到的D带是缺陷，其主要是由有限域的边缘引起，只有在使用XPS检查其纯度后才能确定。

在一个实施方案中，图5例示了所述石墨烯的透射光谱，其在可见光范围内透射率为约88％。所述石墨烯在整个区域内导电，Rs约为125kΩ/sq。

在一个实施方案中，图6例示了在石墨烯的不同区域处，在退火温度约780℃下的Cu基材上的所述石墨烯的拉曼光谱。图6a-6d分别显示了退火时间为约1分钟，约5分钟，约15分钟和约30分钟的石墨烯拉曼光谱。

在一个实施方案中，图7和8例示了本发明的石墨烯的不可渗透性，从而表明涂覆有所述石墨烯的基材的抗腐蚀性。

图7例示了含有(涂覆有)石墨烯的铜的抗腐蚀性能，其中将含有石墨烯的铜和裸铜分别暴露于稀释的氯化铁溶液约30分钟。一经暴露后，裸铜开始腐蚀，而含有石墨烯的铜完好无任何腐蚀迹象，证明石墨烯对离子和分子是不可渗透的，并且其不渗透性使得即使是蚀刻剂中的最小离子如FeCl₃(0.5M)也不能通过本发明的石墨烯。

图8进一步证实了本发明的石墨烯赋予基材的抗腐蚀性能。图8例示了裸铜和含有(涂覆有)石墨烯的铜的电化学塔菲尔测量，其中使用约3.5％NaCl作为电解质和Ag/AgCl参比电极进行测量。Tafel结果表明，本发明的含有石墨烯的铜的腐蚀速率为0.02mm/年(Icorr＝8.62×10^-7A/cm²)，而裸铜的腐蚀速率为0.26mm/年(Icorr＝1.14×10^-5A/cm²)，由此证明石墨烯显著改善了铜的抗腐蚀性，再次证明石墨烯对离子和分子是不可渗透的。Icorr＝腐蚀电流，其表示保护层对任何化学分子的阻力。

在另一个实施方案中，所述石墨烯具有抗氧化性。

在一个实施方案中，图9例示了石墨烯的抗氧化性，其中裸铜和含有石墨烯的铜的XRD测量分别在将裸铜和含有石墨烯的铜在空气中约250℃下退火不同的时间之后进行，例如20分钟，40分钟和60分钟。裸铜的XRD图谱清楚地显示CuO(002)的氧化峰，其强度随退火时间的增加而增加，而含有石墨烯的铜即使在退火约60分钟后也未显示任何氧化迹象。如果Cu在250℃下退火，则该峰出现在退火20分钟内。对于Gr/Cu在250℃下，CuO(002)峰直到60分钟也不会出现。

在另一个实施方案中，所述石墨烯是疏水的。

在一个实施方案中，图10例示了石墨烯的疏水性。研究了裸铜和含有石墨烯的铜的水接触角，其中含有石墨烯的铜具有约97.8°的平均水接触角，表现出了润湿性。然而，裸铜具有约67.2°的平均水接触角，表现出了较含有石墨烯的铜更高的润湿性。

在一个实施方案中，含有石墨烯的铜具有约92°至97.9°的水角。本发明还涉及一种包含本发明的石墨烯的基材，其中所述基材是包括但不限于导电材料和非导电材料的任何材料。

在一个非限制性实施方案中，所述导电材料选自铜、镍、铝、铬、钨、青铜金和合金，或其任意组合，其中所述合金选自钢(SS 904)、低碳钢、Al-Zn合金(Al 3003)、Al-Si合金(Al 4343)、Cu-Ni和Ni-Cr，或其任意组合。

在另一个非限制性实施方案中，所述非导电材料选自玻璃、石英、二氧化硅和氧化铝，或其任意组合。

在一个替代性实施方案中，所述基材是任何材料，其中所述材料被氧化，包括但不限于氧化的导电材料和氧化的非导电材料。

在一个实施方案中，所述包含石墨烯的基材抗腐蚀。图7和8例示了具有所述石墨烯的基材的抗腐蚀性能。

在一个实施方案中，图7例示了含有(涂覆有)石墨烯的铜(基材)的抗腐蚀性，其中将含有石墨烯的铜和裸铜分别暴露于稀释的氯化铁溶液约30分钟。一经暴露后，裸铜开始腐蚀，而含有石墨烯的铜完好无任何腐蚀迹象。

图8进一步证实了本发明的石墨烯赋予铜(基材)的抗腐蚀性。图8例示了裸铜和含有(涂覆有)石墨烯的铜的电化学塔菲尔测量，其中使用约3.5％NaCl作为电解质和Ag/AgCl参比电极进行测量。Tafel结果表明，本发明的含具有石墨烯的铜的腐蚀速率为0.02mm/年(Icorr＝8.62×10^-7A/cm²)，而裸铜的腐蚀速率为0.26mm/年(Icorr＝1.14×10^-5A/cm²)，由此证明含有石墨烯的基材具有抗腐蚀性能。

在另一个实施方案中，包含本发明的石墨烯的基材在约20℃至250℃的温度和约60分钟的暴露时间的条件下抗氧化。所述石墨烯在约300℃的温度和约6分钟暴露时间的条件下抗氧化，在约350℃下和约2分钟暴露时间的条件下抗氧化。

在一个实施方案中，图9例示了含有(涂覆有)石墨烯的铜(基材)的抗氧化性，其中裸铜和含有石墨烯的铜的XRD测量分别在将裸铜和含有石墨烯的铜在空气中约250℃下退火不同的时间之后进行，例如20分钟，40分钟和60分钟。裸铜的XRD图谱清楚地显示CuO(002)的氧化峰，其强度随退火时间的增加而增加，而含有石墨烯的铜即使在退火约60分钟后也未显示任何氧化迹象。

在另一个实施方案中，所述基材是疏水的。

在一个实施方案中，图10例示了含有(涂覆有)石墨烯的铜(基材)的疏水性。研究了裸铜和含有石墨烯的铜的水接触角，其中含有石墨烯的铜具有约97.8°的平均水接触角，表现出了低润湿性。然而，裸铜具有约67.2°的平均水接触角，表现出了较含有石墨烯的铜更高的润湿性。

基于所提供的描述，本发明的其他的实施方案和特征对于本领域普通技术人员将是显而易见的。实施方案在说明书中提供了各种特征和有利细节。省略了对已知的/常规的方法和技术的描述，以避免不必要地模糊实施方案。本文里提供的实施例仅旨在便于理解所提供实施例的实施方式，并且进一步使得本领域技术人员能够实施所提供的实施例。因此，以下实施例不应解释为限制实施方案的范围。

具体实施方式

实施例1：在非导电材料上制备石墨烯

在约25℃至90℃的温度下，将10g颗粒紫胶加入100mL异丙醇溶剂中，并使用磁力搅拌机轻轻混合15分钟，以制备颗粒紫胶前体溶液(约100mg/mL)。将溶液静置约2小时至3小时以沉淀杂质。通过滴铸将颗粒紫胶溶液(约1.5mL)涂覆在石英表面(2″×2″)上，然后在约25℃的温度下空气干燥，将其作为进料器。

在该实施例中，所述石墨烯在非导电基材材料上制备，特别是含有蒸气形式的颗粒紫胶前体的石英基材。

使用如图2所示的实验装置，其中将含有颗粒紫胶溶液的进料器远离基材(石英)，但处于相同的加热区域中，使得由前者形成的蒸气环绕空白基材，同时使用电子加热炉将腔室在真空中约10^-2mbar的压力下加热至约780℃，持续约15分钟，然后将所述基材冷却至室温，从而在所述基材上形成石墨烯。制得的石墨烯用FESEM、拉曼和UV-vis光谱表征(图3至5)。

图3包括光学图像(a-c)和SEM图像(d-f)。图3(f)所示的高分辨率SEM图像表明所述石墨烯没有结构缺陷。图4中的拉曼光谱数据证实了所述基材上存在石墨烯。图5例示了所述石墨烯的透射光谱，其在可见光范围内透射率为约88％。所述石墨烯在整个区域内导电，Rs约为125kΩ/sq。

实施例2：在导电材料上制备石墨烯

在约25℃至90℃的温度下，将约10g颗粒紫胶加入约100mL异丙醇溶剂中，以制备颗粒紫胶溶液。通过滴铸将所得颗粒紫胶溶液(约1.5mL)涂覆在石英表面(2″×2″)上，然后在室温下空气干燥，将其作为进料器。

在该实施例中，所述石墨烯在导电基材材料上制备，特别是含有蒸气形式的颗粒紫胶前体的铜基材。

使用如图2所示的实验装置，其中将含有颗粒紫胶前体的进料器远离铜基材，但处于相同的加热区域中，使得由前者(进料器)形成的蒸气环绕空白基材(铜)，同时使用电加热炉将腔室在真空中，约600℃至780℃的温度，约10^-2mbar的压力下加热约1分钟至30分钟，然后将所述基材冷却至室温，从而在所述基材上形成石墨烯。Cu上的石墨烯用拉曼光谱和扫描电子显微镜表征。图6分别显示了在所述石墨烯表面的不同区域处，在退火温度780℃下，退火时间为约1分钟，约5分钟，约15分钟和约30分钟的Cu基材上的石墨烯拉曼光谱。

图7例示了含有(涂覆有)石墨烯的铜的抗腐蚀性能，其中将含有石墨烯的铜和裸铜分别暴露于稀释的氯化铁溶液约30分钟。一经暴露后，裸铜开始腐蚀，而含有石墨烯的铜完好无任何腐蚀迹象。

图8进一步证实了本发明的含有石墨烯的铜(基材)的抗腐蚀性。图8例示了裸铜和含有(涂覆有)石墨烯的铜的电化学塔菲尔测量，其中使用约3.5％NaCl作为电解质和Ag/AgCl参比电极进行测量。Tafel结果表明，本发明的含具有石墨烯的铜的腐蚀速率为0.02mm/年(Icorr＝8.62×10^-7A/cm²)，而裸铜的腐蚀速率为0.26mm/年(Icorr＝1.14×10^{- 5}A/cm²)，由此证明含有石墨烯的铜抗腐蚀。

图9例示了含有石墨烯的铜(基材)的抗氧化性，其中裸铜和含有石墨烯的铜的XRD测量分别在将裸铜和含有石墨烯的铜在空气中约250℃下退火不同的时间之后进行，例如20分钟，40分钟和60分钟。裸铜的XRD图谱清楚地显示CuO(002)的氧化峰，其强度随退火时间的增加而增加，而含有石墨烯的铜即使在退火约60分钟后也未显示任何氧化迹象。如果Cu在250℃下退火，则该峰出现在退火20分钟内。对于Gr/Cu在250℃下，CuO(002)峰直到60分钟也不会出现。

图10例示了含有石墨烯的铜(基材)的疏水性。研究了裸铜和含有石墨烯的铜的水接触角，其中含有石墨烯的铜具有约97.8°的平均水接触角，表现出了低润湿性。然而，裸铜具有约67.2°的平均水接触角，表现出了较含有石墨烯的铜更高的润湿性。

实施例3：在导电材料上制备石墨烯

在约25℃至90℃的温度下，将约10g颗粒紫胶加入约100mL异丙醇溶剂中，以制备颗粒紫胶溶液。通过滴铸将所得颗粒紫胶溶液(约1.5mL)涂覆在石英表面(2″×2″)上，然后在室温下空气干燥，将其作为进料器。

在该实施例中，所述石墨烯在导电基材材料上制备，特别是含有蒸气形式的颗粒紫胶前体的铝基材。

使用如图2所示的实验装置，其中将含有颗粒紫胶前体的进料器远离Al基材，但处于相同的加热区域中，使得由前者(进料器)形成的蒸气环绕空白基材(Al)，同时使用电加热炉将腔室在真空中，约500℃至650℃的温度，约10^-2mbar的压力下加热约15分钟，然后将所述基材冷却至室温，从而在所述基材上形成石墨烯。Al上的石墨烯用拉曼光谱表征。图11分别显示了在所述基材上的不同区域处，在退火温度600℃和500℃下的Al基材上的石墨烯拉曼光谱。

基于本文所提供的描述，本发明的其他实施方案和特征对于本领域普通技术人员将是显而易见的。此处的实施方案在说明书中提供了各种特征和有利细节。省略了对已知的/常规的方法和技术的描述，以避免不必要地模糊本文的实施方案。具体实施方案的前述描述充分揭示了本文实施方案的一般性质，其他人可以通过应用现有知识，在不背离一般概念的情况下容易地修改和/或适应各种应用。在所公开的实施方案的等同物的含义和范围内，应当理解这样的调整和修改。应理解本文采用的措辞或术语是出于描述的目的而非限制。因此，尽管已经根据优选实施方案描述了本发明中的实施方案，但是本领域技术人员将认识到，可以在如本文所述的实施方案的精神和范围内通过修改来实施本文中的实施方案。在整个说明书中，词语“包括”或诸如“包含”或“含有”的变体在任何地方使用，将被理解为暗示包含所述元素、整数或步骤，或元素、整数或步骤组，而不排除任何其他元素、整数或步骤，或元素、整数或步骤组。关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用适当地从复数转换为单数和/或从单数转换为复数。为清楚起见，本文可以明确地阐述各种单数/复数排列。使用表达“至少”或“至少一个”表示使用一种或多种元素或成分或量，因为其在本发明的实施方案中的使用是为了实现一个或多个期望的对象或结果。已经包括在本说明书中的对文件、行为、材料、装置、物品等的任何讨论仅仅是为了提供本发明的背景，不应将其视为承认这些事项的任何部分或所有构成现有技术基础的组成部分，或者是与本发明相关的领域中的公知常识，因为它存在于本申请的优先权日之前的任何地方。虽然本文已经相当强调本发明的特定特征，但应理解可以对其进行各种修改，并且可以在优选实施例中进行许多改变而不违背本发明的原理。根据本文的公开内容，本发明或优选实施方案的性质的这些和其他修改对于本领域技术人员而言是显而易见的，由此应毫无疑义地理解，前述描述性内容仅被解释为对本发明的说明而非限制。

Claims (9)

1.一种制备石墨烯的工艺，其中所述工艺包含步骤：

加热基材和包含颗粒紫胶的至少一个进料器；

然后将颗粒紫胶的蒸气与所述基材接触；和

冷却以在所述基材上制成石墨烯，

其中，所述加热使得所述颗粒紫胶气化，并与所述基材接触，

其中将所述基材和所述至少一个进料器在10^-1 mbar至10^-5 mbar的压力下或在包含100sccm至500 sccm流速的氩气、氩气和氢气的组合或氮气和氢气的组合的受控气氛下，真空加热至400℃至1200℃，持续1分钟至120分钟。

2.如权利要求1所述的工艺，其中所述基材选自导电材料和非导电材料，或其组合；其中所述基材的形式选自片材、线材和网，或其任意组合。

3.如权利要求2所述的工艺，其中所述片材是箔。

4.如权利要求2所述的工艺，其中所述导电材料选自镍、铜、铝、铬、钨和合金，或其任意组合；其中所述合金选自青铜金、钢、Al-Zn合金、Al-Si合金、Cu-Ni和Ni-Cr，或其任意组合；其中所述非导电材料选自玻璃和石英，或其组合。

5.如权利要求4所述的工艺，其中所述钢是低碳钢。

6.如权利要求4所述的工艺，其中所述钢是SS 904，所述Al-Zn合金是Al 3003，所述Al-Si合金是Al 4343。

7.如权利要求1所述的工艺，其中所述进料器包含浓度为10 g/L至200 g/L的所述颗粒紫胶；其中所述进料器与所述基材相同或不同；其中所述进料器选自石英、铝和陶瓷，或其任意组合。

8.如权利要求1所述的工艺，其中将所述颗粒紫胶以溶液形式通过选自旋涂、浸渍、喷涂、杆式涂覆、槽式涂覆和滴铸，或其任意组合的技术浇铸在所述进料器上，然后在标准大气压下将所述包含颗粒紫胶的进料器干燥1分钟至10分钟。

9.如权利要求1所述的工艺，其中所述冷却在25℃至50℃的温度范围内进行。

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