权利要求
1.一种金属元素界面调控
石墨烯/
铜制备高导电金属材料的方法，包括以下步骤：
S1.使用化学气相沉积法在铜薄膜表面沉积石墨烯，制得石墨烯/铜材料;
S2.在步骤S1所述石墨烯/铜材料上沉积金属薄膜;
S3.对步骤S2所得材料进行热处理，使金属薄膜与石墨烯/铜界面相结合，制得高导电石墨烯/铜金属材料。
2.根据权利要求1所述的金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，其特征在于，步骤S1所述铜薄膜的厚度为500nm～5μm。
3.根据权利要求1所述的金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，其特征在于，步骤S2所述沉积方法包括电子束蒸发镀膜、磁控溅射镀膜或热蒸发中的一种。
4.根据权利要求3所述的金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，其特征在于，所述电子束蒸发镀膜工艺中铜的沉积速率为0.2～50nm/s;所述磁控溅射镀膜工艺中铜的沉积速率是2～100nm/s;所述热蒸发工艺中铜的沉积速率为1～10nm/s。
5.根据权利要求1所述的金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，其特征在于，步骤S2所述金属薄膜包括Ti、Ni、Co、Cr中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，其特征在于，所述金属薄膜为Ti。
7.根据权利要求1所述的金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，其特征在于，步骤S2所述金属薄膜的厚度为1～5nm。
8.根据权利要求1所述的金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，其特征在于，步骤S3所述热处理温度为600～800℃，所述热处理时间为30～60min。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于高导电材料领域，特别涉及一种金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法。
背景技术
[0002]随着科技的进步，对高导电材料的需求不断增长。发展高导电铜材料有助于满足市场需求，推动相关产业的发展，从而创造更多的经济价值和社会效益。现阶段，超高导电铜材料的研究取得了一定的进展，但由于制备工艺和性能的不稳定等问题，这些材料还难以应用于实际。在现存的所有超高导电材料体系中，石墨烯增强的铜基
复合材料最有望实现超高导电。但在以往的实例中，石墨烯对铜的电导率增强有限，其原因在于石墨烯与铜的界面润湿性差，难以发挥石墨烯的高载流子迁移率的性能。
发明内容
[0003]本发明的目的是提供一种金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，即采用与石墨烯拥有良好接触性质的金属作为调控材料，将调控金属以物理气相沉积(PVD)的形式微量地引入石墨烯/铜材料，并通过退火的方式调控石墨烯/铜界面性质，从而获得高导电石墨烯/铜材料，有效解决石墨烯和铜的界面润湿性差、结合性弱的技术问题。
[0004]本发明提供一种金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法，包括以下步骤：
[0005]S1.使用化学气相沉积法在铜薄膜表面沉积石墨烯，制得石墨烯/铜材料;
[0006]S2.在步骤S1所述石墨烯/铜材料上沉积金属薄膜;
[0007]S3.对步骤S2所得材料进行热处理，使金属薄膜与石墨烯/铜界面相结合，制得高导电石墨烯/铜金属材料。
[0008]更优选地，所述铜薄膜的厚度为500nm～5μm。
[0009]优选地，步骤S2所述沉积方法包括电子束蒸发镀膜、磁控溅射镀膜或热蒸发中的一种。
[0010]更优选地，所述电子束蒸发镀膜工艺中铜的沉积速率为0.2～50nm/s;所述磁控溅射镀膜工艺中铜的沉积速率是2～100nm/s;所述热蒸发工艺中铜的沉积速率为1～10nm/s。
[0011]优选地，步骤S2所述金属薄膜包括Ti、Ni、Co、Cr中的一种或几种。
[0012]更优选地，所述金属薄膜为Ti。
[0013]优选地，步骤S2所述金属薄膜的沉积厚度为1～5nm。
[0014]优选地，步骤S3所述热处理温度为600～800℃，所述热处理时间为30～60min。
[0015]有益效果
[0016](1)本发明将与石墨烯拥有良好接触性质的金属作为调控材料，对石墨烯/铜材料进行界面调控，金属薄膜可在石墨烯与铜之间形成化学键，增强石墨烯与金属铜的结合，形成更多的导电通道。
[0017](2)本发明中金属原子作为中间层可调节石墨烯与铜之间的费米能级匹配，减少电子跨越界面时的散射。
[0018](3)本发明有效解决了石墨烯和铜的界面润湿性差、结合性弱的问题，所得石墨烯/
铜合金材料展现出优良的导电性能。
附图说明
[0019]图1为本发明实施例1中的高导电石墨烯/铜金属材料的宏观图片。
[0020]图2为本发明实施例1中的高导电石墨烯/铜金属材料的扫描电镜图。
[0021]图3为本发明实施例1中的高导电石墨烯/铜金属材料的拉曼光谱图。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0023]实施例1
[0024]本实施例中金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法包括以下步骤：
[0025]S1.选用厚度为800nm的铜薄膜作为石墨烯生长基底，将其至于卧式炉中，在温度为1050℃，气氛为氩气500sccm、氢气20sccm、高纯甲烷5sccm的条件下生长60min，在铜薄膜上沉积了一层连续的、高质量石墨烯，制得石墨烯/铜材料;
[0026]S2.使用电子束蒸发镀膜工艺在步骤S1制得的石墨烯/铜材料上沉积厚度为2nm的Ti薄膜;
[0027]S3.将步骤S2制得的材料在800℃下保温30min进行热处理，随后冷却至常温得到高导电石墨烯/铜金属材料。
[0028]图1为上述高导电石墨烯/铜金属材料的宏观图，材料表面平整;图2为扫描电镜图，显示材料表面平整;图3为拉曼光谱图，图中石墨烯的信号明显，有弱D峰，说明金属原子打破了石墨烯碳碳键的组合，起到了中间桥梁的作用。
[0029]实施例2
[0030]本实施例中高导电石墨烯/铜金属材料的制备方法参考实施例1，不同之处在于：步骤S2中Ti薄膜的厚度为5nm。
[0031]实施例3
[0032]本实施例中高导电石墨烯/铜金属材料的制备方法参考实施例1，不同之处在于：步骤S2中Ti换为Ni，且沉积的厚度为5nm。
[0033]对比例1
[0034]本对比例参考实施例1步骤制备石墨烯/铜合金材料，不同之处在于：未沉积其他金属元素。
[0035]通过四探针法和台阶仪可以确定实施例1～3中制备的高导电石墨烯/铜金属材料的电导率，结果如表1所示，利用金属元素界面调控制备的石墨烯/铜金属材料的电导率可达115.26%IACS。
[0036]表1实施例1～3和对比例1中制备的石墨烯/铜金属材料的电导率
[0037]
材料样品实施例1实施例2实施例3对比例1电导率(%IACS)115.26112.37104.37101.5
说明书附图(3)
声明：
“金属元素界面调控石墨烯/铜制备高导电金属材料的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
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