1.一种制备大面积高质量石墨烯的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将金属衬底置于卧式化学气相沉积系统的生长腔中,并密封生长腔;
2)打开真空泵,将生长腔内的压强抽至0.05Pa以下;
3)通入一定流量的高纯氢气,并打开加热电源,将生长腔中衬底加热至1000℃~1075℃;
4)当温度达到生长温度后,通入一定流量的碳氢化合物前驱体和惰性气体,并调节氢气的流量,使生长腔中的压强保持在10Pa~105Pa范围内;
5)通过传动系统,将金属衬底一端缓慢拉入遮挡区域,诱导石墨烯在金属衬底上形核并缓慢生长;
6)继续缓慢拖动金属衬底,使金属衬底各部依次缓慢通过遮挡区域,促使石墨烯生长界面定向推向金属衬底末段,最终长满整个金属衬底,形成石墨烯/金属衬底;
7)生长结束后,关闭化学气相沉积系统的加热电源,关闭氢气和碳氢化合物流量计,使石墨烯/金属衬底随炉冷却至室温;
8)待生长腔内温度降至室温后,取出石墨烯/金属衬底,获得大面积高质量的石墨烯样品。
2.根据权利要求1所述的一种制备大面积高质量石墨烯的方法,其特征在于,步骤1中使用的金属衬底为金属元素的纯度大于90%的金属衬底;步骤1中使用的金属衬底为铜箔、氧化亚铜或氧化铜箔;步骤1中使用的金属衬底具有三角形尖端;步骤1中使用的生长腔中有一遮挡区域;步骤1中的金属衬底位于可以移动托板上,移动托板通过一端圆孔与传动系统相连。
3.根据权利要求1所述的一种制备大面积高质量石墨烯的方法,其特征在于,步骤3中高纯氢气的流量控制在2.5~500sccm范围内;步骤3中调控压强控制阀,使生长腔内总压强控制在0.5~105Pa范围内;步骤3中生长腔的加热速率控制在300~3000℃/h。
4.根据权利要求1所述的一种制备大面积高质量石墨烯的方法,其特征在于,步骤4中通入的碳氢化合物的流量控制在0.1~50sccm;通入的惰性气体采用N2、Ar、He或Ne中的一种,惰性气体的流量控制在2.5~500sccm范围内;步骤4中调控压强控制阀,使生长腔内总压强控制在0.5~105Pa范围内。
5.根据权利要求1所述的一种制备大面积高质量石墨烯的方法,其特征在于,步骤5中传动系统拖动金属衬底的速度在0.6~3cm/h;步骤5中遮挡区域的宽度为0.5~3cm。
6.根据权利要求1所述的一种制备大面积高质量石墨烯的方法,其特征在于,步骤6中遮挡区域的遮挡材料为耐高温非挥发性材料,采用钨箔;步骤6中前驱体的浓度逐渐提高;
金属衬底移动的速率为0.6~3.0cm/h;CH4的流量为0.1~50sccm。
7.根据权利要求1所述的一种制备大面积高质量石墨烯的方法,其特征在于,步骤7中关闭化学气相沉积系统的加热电源后,让石墨烯/金属衬底样品随炉冷却,并保持惰性气体、氢气、碳氢化合物流量保持不变;步骤7中石墨烯/金属衬底样品随炉冷却至400℃以下时,关闭氢气和碳氢化合物流量计,并保持惰性气体流量不变至室温。