一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法与流程

本发明属于石墨烯和铜复合材料加工和制造加工，具体涉及一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法。

背景技术：

1、石墨烯具有优异的导电导热能力，通过在铜表面原位生长高质量的石墨烯能提高铜的导电性能，使其突破铜本身的电导率。目前利用化学气相沉积法生长石墨烯的方法层出不穷，为了生长高质量石墨烯，一般采用比较苛刻的生长条件，如极高温（1050度）处理、使用单晶铜为生长衬底、通过催化剂促进碳源裂解和加快晶体生长等。然而，这些技术鲜有能实现在铜表面高效率、高质量地生长石墨烯的工艺方案。为了寻求更低温更高效的制备石墨烯，cn110028059b公开了一种等离子体增强化学气相沉积制备石墨烯的方法，通过在1000度预处理铜表面后，利用等离子体将生长温度降低到600度。为了探寻更好的工业化石墨烯生长方案，我们选择了1，10-菲罗啉（1，10-phenanthroline，邻菲罗啉）这种分子量较小的稠环芳烃，通过等离子体的高能量轰击邻菲罗啉打碎碳源分子，使其可以在280℃的温度下在铜线和铜粉的表面生成石墨烯。此外，为了找到更高效的石墨烯制备方法，本发明将等离子体激发引入卷对卷生长石墨烯的过程，不仅显著地提高了低温生长石墨烯的效率，还可以通过走线速度灵活控制等离子体作用在金属衬底上的时间，从而达到了既能打碎碳源分子又能不对金属衬底造成损伤的方法，也满足了不同厚度、尺寸基底的石墨烯生长。本专利制备的石墨烯铜线的电导率不小于103.6%iacs，卷对卷石墨烯生长的速度大于20m/min。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，包括以下步骤：

4、将基底铜粉和/或铜线放入生长腔体的铜材专用腔内，将生长腔体抽真空至10pa以下，以邻菲罗啉为固态碳源；

5、对生长腔体进行连续化生长，当生长腔体温度达到所设定的温度时，开启等离子体控制器，随着温度的提高，提高铜表面生长石墨烯的沉积。

6、进一步的改进在于：所述生长腔体的温度为250-500℃。

7、进一步的改进在于：所述生长腔体的温度为280℃。

8、进一步的改进在于：所述生长腔体的连续性生长走线速度为5-20m/min。

9、进一步的改进在于：所述生长腔体的连续性生长走线速度为10m/min。

10、进一步的改进在于：还包括基底预处理，采用少量丙酮清洗铜粉和/或铜线，将铜表面的杂质、污染物清除之后放入生长腔体的铜材专用腔。

11、进一步的改进在于：所述等离子体控制器的功率设定为50-200w。

12、进一步的改进在于：所述等离子体控制器的功率设定为100w。

13、进一步的改进在于：所述等离子体控制器的工作时间小于10min。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、本发明采用邻菲罗啉作为原料，提供了一种新的石墨烯生长的固态碳源，同时引入等离子体与低温化学气相沉积法联用，通过等离子体的超高能量，将邻菲罗啉分子击碎形成自由基活化基团，进而在较低的温度下铜粉和/或铜线的表面可形成石墨烯。

技术特征：

1.一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于：所述生长腔体的温度为250-500℃。

3.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于：所述生长腔体的温度为280℃。

4.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于：所述生长腔体的连续性生长走线速度为5-20m/min。

5.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于：所述生长腔体的连续性生长走线速度为10m/min。

6.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于：还包括基底预处理，采用少量丙酮清洗铜粉和/或铜线，将铜表面的杂质、污染物清除之后放入生长腔体的铜材专用腔。

7.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于：所述等离子体控制器的功率设定为50-200w。

8.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于：所述等离子体控制器的功率设定为100w。

9.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，其特征在于：所述等离子体控制器的工作时间小于10min。

技术总结
本发明提出了一种提高石墨烯在铜表面低温卷对卷生长的方法，包括以下步骤：将基底铜粉和/或铜线放入生长腔体的铜材专用腔内，将生长腔体抽真空至10Pa以下，以邻菲罗啉为固态碳源；以5?20m/min的速度进行连续化生长，当生长腔体温度达到所设定的温度时，开启等离子体控制器，此时设置等离子体控制器功率50?100W，随着温度的提高，提高铜表面生长石墨烯的沉积。本发明采用邻菲罗啉作为原料，提供了一种新的生长石墨烯的碳源，同时引入等离子体与低温化学气相沉积法联用，通过等离子体的超高能量，起到清洁铜线表面和将邻菲罗啉分子击碎形成自由基活化基团的作用，降低原料和石墨烯沉积所需的温度，进而在较低的温度下铜粉和/或铜线的表面可直接形成石墨烯。

技术研发人员：吴琼,邹路,马宇飞
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>苏州盛光材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24