一种强拉曼散射强度的石墨烯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电子材料与器件技术领域，特别涉及一种强拉曼散射强度的石墨烯的制备方法。
【背景技术】
[0002]由碳的单个原子层构成的二维材料石墨烯，其电子能带在费米能级附近呈线性的色散关系，电子行为表现出相对论性粒子的性质。石墨烯在电学、光学、力学等方面具备优异的性质，使它在微电子、光电子、能量存储、分子探测等领域有广阔的应用前景。人们为了实现石墨烯的应用而发展了多种制备方法，其中，化学气相沉积(CVD)制备石墨烯具有大面积、高质量的特点而受到重视。然而，由于石墨烯只有单层或者少数原子层厚度，单层石墨烯对可见光的吸收只有2.3%，使得光-石墨烯之间的相互作用十分微弱，极大地影响了石墨烯在光电子器件当中的应用。同时，对石墨烯而言，拉曼光谱在石墨烯的研宄中发挥着重要的作用，拉曼光谱可以被用来鉴别石墨烯的层数和堆垛次序，探测石墨烯的能带结构，检测石墨烯电学掺杂的类型和浓度，表征石墨烯中的缺陷和应力，测定高掺杂石墨烯的费米能级等等。因此提高石墨烯拉曼光谱的信号强度对于石墨烯的研宄具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的石墨烯与光的相互作用很弱，其拉曼散射强度不高的不足，本发明的目的在于提供一种强拉曼散射强度的石墨烯的制备方法，极大提高石墨烯与光的相互作用。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0005]一种强拉曼散射强度的石墨烯的制备方法，包括以下步骤:
[0006](I)制备有序Au纳米结构；
[0007](2)制备石墨烯薄膜；
[0008](3)将石墨稀薄膜转移到Au纳米结构的表面。
[0009]步骤(I)所述制备有序Au纳米结构，具体为:
[0010](1-1)在5102或Si衬底上采用提拉法组装单层聚苯乙烯微球；
[0011](1-2)在聚苯乙烯微球上采用磁控溅射沉积一层Au薄膜；
[0012](1-3)在甲苯中超声去除聚苯乙烯微球，形成有序Au纳米结构。
[0013]步骤(1-1)中采用提拉法组装单层聚苯乙烯微球，提拉速率为300?600 ym/s。
[0014]步骤(1-2)所述在聚苯乙烯微球上采用磁控溅射沉积一层Au薄膜，具体参数为:
[0015]衬底温度为200?500°C，工作气体为高纯Ar，生长室内压强为IPa，溅射功率为60W，沉积时间为10?30min。
[0016]步骤(1-3)所述超声，具体为:超声功率Pj3 5W，超声时间T 3为20?50min。
[0017]步骤(2)所述制备石墨烯薄膜，具体为:
[0018]采用化学气相沉积在铜箔上制备石墨烯薄膜，生长过程中采用甲烷作为前躯体，生长气氛是氢气和氩气的混合气体，混合比例为1:1，生长过程中的生长温度为950?1050°C，生长时间为5?15分钟。
[0019]步骤(3)所述将石墨烯薄膜转移到Au纳米结构的表面，具体为:
[0020]在石墨烯薄膜表面旋涂PMMA，采用FeCl3S液腐蚀掉铜箔，随后采用湿法转移将石墨烯薄膜转移到有序Au纳米结构的表面，采用丙酮和乙醇交替清洗去除掉石墨烯薄膜表面的PMMA。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0022](I)本发明的强拉曼散射强度的石墨烯，通过将石墨烯薄膜覆盖在Au纳米结构表面，利用Au局域表面等离激元与石墨烯的相互耦合可以极大提高石墨烯与光的相互作用，其原理为:当入射激光的能量与Au局域表面等离激元共振峰的能量位置接近，此时入射激光会激发Au局域等离激元共振，在Ag纳米颗粒周围会形成强的局域电场，由于拉曼信号强度与材料周围的局域电场正相关，这种强的局域电场会反过来增强石墨烯的拉曼信号强度。
[0023](2)本发明的制备方法简单有效，成本较低，石墨烯拉曼散射强度的增强效果明显O
【附图说明】
[0024]图1为本发明的实施例的强拉曼散射强度的石墨烯的制备方法的流程图。
[0025]图2为本发明的实施例制备的强拉曼散射强度的石墨烯的扫描电子显微镜图。
[0026]图3为本发明的实施例制备的石墨烯覆盖在Au有序纳米结构前后的拉曼光谱图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0028]实施例1
[0029]如图1所示，本实施例的强拉曼散射强度的石墨烯的制备方法，包括以下步骤:
[0030](I)制备有序Au纳米结构:
[0031](1-1)在Si衬底上采用提拉法组装单层聚苯乙烯微球:
[0032]将硅衬底放入H2SO4: H2O2 (体积比)=3:1的溶液中浸泡3小时对衬底进行亲水性处理；
[0033]两片亲水性处理后的硅片分别固定在提拉机的样品台和提拉杆上，两片硅片平行固定，调节其间距在100?120 μ m，用移液枪在两片硅衬底的间隙中滴入I?2滴聚苯乙烯微球溶液，静置约3分钟后匀速提拉提拉杆上的硅片，提拉过程中的提拉速率为500 ym/s，同时用热风及时吹干，最终实现二氧化硅/硅衬底上自组装单层聚苯乙烯微球作为模版；
[0034](1-2)在聚苯乙烯微球上采用磁控溅射沉积一层Au薄膜:所用的生长设备是射频磁控溅射系统，包括进样室、沉积室、真空系统、射频电源及匹配系统、衬底加热及控温系统、样品旋转系统等；
[0035]所用工作气体为Ar气，Au薄膜生长过程中气体压强为1.0Pa，射频溅射功率为60W，衬底温度为300°C，溅射时间为25分钟，生长期间样品托自转使成膜均匀；
[0036](1-3)在甲苯中超声去除聚苯乙烯微球，形成有序Au纳米结构，其中超声功率Ps为5W，超声时间1；为30min。
[0037](2)制备石墨烯薄膜:采用化学气相沉积在铜箔上制备石墨烯薄膜，生长过程中采用甲烷作为前躯体，生长气氛是氢气和氩气的混合气体，混合比例为1: 1，生长过程中的生长温度为1000 °C，生长时间为10分钟。
[0038](3)将石墨稀薄膜转移到Au纳米结构的表面:在石墨稀薄膜表面旋涂PMMA，采用FeCl3S液腐蚀掉铜箔衬底，随后采用湿法转移将石墨烯薄膜转移到有序Au纳米结构的表面，采用丙酮和乙醇交替清洗去除掉石墨烯薄膜表面的PMMA。
[0039]图2为在硅衬底上采用聚苯乙烯微球模版法制备的Au有序纳米结构在覆盖石墨烯后的扫描电镜图，从图中可以看出Au有序纳米结构保持了聚苯乙烯微球的六角有序性，每三个聚苯乙烯微球的间隙对应一个Au有序纳米结构，Au纳米颗粒的形状类似三棱柱。覆盖石墨烯薄膜后，从图中可以观察到石墨烯表面出现褶皱，且图中可以观察到裂纹，这些是由于湿法转移石墨烯过程中的应力引起的。
[0040]图3是覆盖Au有序纳米结构如和覆盖不同尺寸的Au有序纳米结构后石墨稀的拉曼光谱，其中，曲线(a)为单纯石墨烯的拉曼散射光谱，曲线(b)为覆盖在平均尺寸