一种在泡沫镍上快速生长石墨烯花簇阵列的方法技术

本发明专利技术公开了一种在泡沫镍上生长石墨烯花簇阵列的方法，将泡沫镍放置于等离子体化学气相沉积装置中，真空度控制在10-30毫巴，通入工作气体载入碳源至等离子体发生区域，0.1-1小时内，泡沫镍上生长出石墨烯花簇阵列，所述工作气体选自氢气，氩气或氦气中的一种或多种。此种方法可直接利用在泡沫镍基底上制备石墨烯花簇阵列，从而得到大比表面积的石墨烯包覆的泡沫镍电极，该结构大大提高了石墨烯的表面负载，为实现真正意义上的碳包覆多孔电极提供了一个简洁的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石墨烯复合材料制备领域，具体涉及一种在泡沫镍上快速生长石墨烯花簇阵列的方法。
技术介绍
二维石墨烯材料优异的导热、导电等物理性能在高功率高能量密度的能源转化与存储器件中的应用受到越来越多的关注，尤其是有关三维石墨烯花簇阵列的可控生长及其在超级电容器、锂离子电池等能源器件中的电极应用。原因在于在泡沫镍上将石墨烯制备成气凝胶的形式，能够形成三维的石墨烯基复合材料，这样能够提供三维的多孔网格结构，其具有大的比表面积、低的质量密度、优秀的导电性，从而提高石墨烯复合材料的电化学性能。目前，制备三维石墨烯的方法主要集中在液相化学合成法、化学气相沉积法。经过近几年的研究开发，液相化学合成方法已经能够得到很好的三维石墨烯结构，但制备过程中经常需要加入大量的添加剂和化学物质进行反应与反复清洗、干燥，一定程度上对原料和废液的后期处理带来了困难。化学气相沉积法在石墨烯的薄膜和三维结构的生长技术已经趋于成熟，而其形成的过程中需要提供一定的高温先对甲烷气体进行热裂解后形核；采用此方法制备石墨烯负载泡沫镍过程中，活性气体H2在石墨烯的生长高温下往往会使泡沫镍的金属骨架变脆而造成破坏，对其后期的应用开发造成限制。因此，快速、无损合成三维石墨烯基复合电极的研究仍具有较强的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种在泡沫镍上快速生长石墨烯花簇阵列的方法，该方法无需复杂的预处理工艺和高温过程，且处理工序更加简化和具有兼容性。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种在泡沫镍上生长石墨烯花簇阵列的方法，将泡沫镍放置于等离子体化学气相沉积装置中，真空度控制在10-30毫巴，通入工作气体载入碳源至等离子体发生区域，0.1-1小时内，泡沫镍上生长出石墨烯花簇阵列，所述工作气体选自氢气，氩气或氦气中的一种或多种。优选的，所述碳源为同时含有SP3和SP2碳原子的有机化合物。优选的，所述碳源为甲酸甲酯。优选的，所述工作气体还包括掺杂气体，所述掺杂气体为B2H6，H2S，PH3，NH3的一种或几种。优选的，所述H2的流速为10-60sccm，Ar的流速为10-60sccm。优选的，所述等离子体射频功率为100-500W。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过把泡沫镍衬底放置在等离子体反应的区域，且无需控制加热温度；把碳源引入到反应体系中，在氢等离子作用下断开C-O-C同时得到两份的-CH3键，适当增加碳的含量，从而实现快速在泡沫镍上快速制备石墨烯花簇阵列的目的，此种方法可直接利用在泡沫镍基底上制备石墨烯花簇阵列，从而得到大比表面积的石墨烯包覆的泡沫镍电极，该结构大大提高了石墨烯的表面负载，为实现真正意义上的碳包覆多孔电极提供了一个简洁的方法。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图：图1为泡沫镍上包覆石墨烯花簇阵列的扫描电镜的高倍和低倍图像；图2为石墨烯样品的拉曼表征结果。具体实施方式下面对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。实施例1利用射频等离子化学气相沉积方法，首先在石英管式真空炉中间放置泡沫镍衬底，用机械泵将真空管式炉的真空度抽至10毫巴，通入H2，然后打开Ar载入甲酸甲酯至射频等离子发生区域，H2的流速为50sccm，Ar的流速为50sccm，打开射频电源开始沉积，生长时间为0.5小时，在泡沫镍衬底的表面得到石墨烯花簇阵列，对所得石墨烯花簇阵列进行电镜扫面，得到泡沫镍上包覆石墨烯花簇阵列的扫描电镜的高倍和低倍图像如图1所示，对石墨烯样品进行拉曼表征得到图2所示的拉曼光谱图，从谱图可明显看出石墨烯的特征峰。实施例2利用射频等离子化学气相沉积方法，首先在石英管式真空炉中间放置泡沫镍衬底，用机械泵将真空管式炉的真空度抽至30毫巴，通入H2，然后打开Ar载入甲酸甲酯至等离子发生区域，H2的流速为30sccm，Ar的流速为40sccm，打开射频电源开始沉积，生长时间为0.2小时，在泡沫镍衬底的表面得到三维石墨烯花簇阵列。实施例3利用射频等离子化学气相沉积方法，首先在石英管式真空炉中间放置泡沫镍衬底，用机械泵将真空管式炉的真空度抽至30毫巴，通入H2，然后打开Ar载入甲酸甲酯和B2H6至射频等离子发生区域，H2的流速为50sccm，Ar的流速为50sccm，打开射频电源开始沉积，生长时间为1小时，在泡沫镍上衬底的表面得到三维石墨烯花簇阵列。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本专利技术进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本专利技术权利要求书所限定的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在泡沫镍上生长石墨烯花簇阵列的方法，其特征在于，将泡沫镍放置于等离子体化学气相沉积装置中，真空度控制在10‑30毫巴，通入工作气体载入碳源至等离子体发生区域，0.1‑1小时内，泡沫镍上生长出石墨烯花簇阵列，所述工作气体选自氢气，氩气或氦气中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种在泡沫镍上生长石墨烯花簇阵列的方法，其特征在于，将泡沫镍放置于等离子体化
学气相沉积装置中，真空度控制在10-30毫巴，通入工作气体载入碳源至等离子体发生区
域，0.1-1小时内，泡沫镍上生长出石墨烯花簇阵列，所述工作气体选自氢气，氩气或氦
气中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述在泡沫镍上生长石墨烯花簇阵列的方法，其特征在于，所述碳源为
同时含有SP3和SP2碳原子的有机化合物。
3.根据权利要求2所述在泡沫镍上生长石墨烯花簇阵列的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯双龙，魏兴战，史浩飞，申钧，冉秦翠，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85