CN102143908A

CN102143908A - 石墨烯与六方氮化硼薄片及其相关方法

Info

Publication number: CN102143908A
Application number: CN2009801348669A
Authority: CN
Inventors: 宋健民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-08-03
Also published as: US20140338962A1; WO2010006080A3; WO2010006080A2; US20100055464A1; TWI412493B; TW201022142A

Abstract

本发明揭露一种石墨烯层、六方氮化硼层以及其它主要以sp²键结原子所制成的其它材料以及相关方法。例如在一方面中是提供一种，石墨烯层的方法，这种方法可包括混合碳源与一水平定向的熔融溶剂；从该熔融溶剂中沉淀碳源以形成遍及于该熔融溶剂的一石墨层；以及将该石墨层分隔成复数石墨烯层。

Description

石墨烯与六方氮化硼薄片及其相关方法

技术领域

本发明通常是关于石墨烯与六方氮化硼薄片及其相关方法。因此，本发明涉及化学以及材料科学领域。

背景技术

石墨烯通常被定义为单一原子厚度具有sp²键结的碳原子的平板，该碳原子是紧密堆栈成具有蜂巢结晶晶格的苯环的结构。此二维材料在层状结构的平面呈现高电子稳定性以及优异的导热性。石墨是由复数彼此相互平行堆栈的层状石墨烯所组成。

石墨烯广泛地使用于描述很多碳基材料(包括石墨、大型富勒烯、纳米管等)的特性，例如，碳纳米管可为石墨烯卷起形成纳米尺寸的圆柱体。再者，平面石墨烯本身已经被推定为不存在于游离态(free state)，且对于弯曲结构(如炭灰(soot)、富勒烯、纳米管等)的形成是不稳定的。

目前已有人企图结合石墨烯于电子装置(如晶体管)中，然而这样的企图通常因为与具有适合结合至这种装置中的适合尺寸的高质量石墨烯层的制造有关的问题而无法成功。产生石墨烯层的一种技术涉及将石墨烯从高定向热解石墨撕下，使用这种方法，只会产生小片体，它们通常太小以至于无法使用在电子应用中。

发明内容

因此，本发明提供石墨烯和六方氮化硼层及其相关方法。例如在一方面中是提供一种形成石墨烯层的方法，这种方法可包括混合碳源与一水平定向的熔融溶剂；从该熔融溶剂中沉淀该碳源以形成遍及于该熔融溶剂的一石墨层；以及将该石墨层分隔成复数石墨烯层。在一些方面中，单一石墨烯层可沉淀在该熔融溶剂触媒材料的表面，接着能在该触媒材料冷却后获得该单一石墨烯层，或作为一复合装置。在另一方面中，混合该碳源与该熔融溶剂包括提供该碳源至一固化的溶剂层，并在真空环境下加热该固化的溶剂层以熔融该固化的溶剂层成为一熔融溶剂，而让该熔融溶剂和碳源的碳原子形成一共熔(eutectic)液体。在又一方面中，从该熔融溶剂中沉淀该碳源包括保持该熔融溶剂和碳源在共熔液体的状态，而让石墨层形成且实质上遍及于整个熔融溶剂。非限制性的碳源范例包括石墨、高度石墨化程度的石墨、钻石等。应该注意的是本发明的范畴也包括依照在此所述的方面所制成的石墨烯材料。

在本发明的一方面中，该熔融溶剂包括的材料，如铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钽(Ta)、钯(Pd)、铂(Pt)、镧(La)、铈(Ce)、铕(Eu)以及其相关合金和组合物。在一特定方面中，该熔融溶剂包括镍。在另一特定方面中，该熔融溶剂实质上包括镍，在一些方面中可由镍或镍合金所组成。在一些方面中，该熔融溶剂中能包含一些材料以降低活性。例如在一方面中，该熔融溶剂包含实质上较小活性的化合物，当与没有加入实质上较小活性的化合物的熔融溶剂比较时，该实质上较小活性的化合物能降低该熔融溶剂的活性。虽然任何能够降低该熔融溶剂的活性的化合物皆能使用，但在一方面中，该实质上较小活性的化合物是选自于金、银、铜、铅、锡、锌及其组合物和合金；在一特定方面中，该实质上较小活性的化合物为铜。

在一些方面中，使用高质量石墨以建构石墨烯层是有帮助的。因此在一方面中，从该石墨实质上移除杂质是有益的。可移除任何会让石墨烯材料的性质产生不适当的影响的杂质都可移除，在一特定方面中，该被移除的杂质包括氧(O)、氮(N)或其组合。

也能考虑在石墨烯层掺杂有掺杂物。值得注意的是包含于石墨烯层内的掺杂物可依照想要于所产生的材料中出现的性质而为任何掺杂物。例如在一方面中，该掺杂物包括如硼(B)、铍(Be)、磷(P)、氮(N)的元素或这些元素的组合。在另一方面中，该掺杂物为金属原子。

本发明尚提供六方氮化硼层以及其相关方法。例如在一方面中是提供一种形成六方氮化硼层的方法，这种方法可包括混合氮化硼源和水平定向的熔融溶剂，并且从该熔融溶剂中沉淀该氮化硼源以形成遍及于该熔融溶剂的六方氮化硼层。在一方面中，混合氮化硼源和熔融溶剂包括提供该氮化硼源至一固化的溶剂层，并在氮气环境下加热该固化的溶剂层以熔融该固化的溶剂层成为一熔融溶剂，而让该熔融溶剂以及从氮化硼源而来的硼与氮原子形成一共熔(eutectic)液体。在另一方面中，从该熔融溶剂中沉淀该氮化硼源包括保持该熔融溶剂和氮化硼源在共熔液体的状态，而让六方氮化硼层形成且实质上遍及于整个熔融溶剂。非限制性的氮化硼源包括任何已知的氮化硼源，包括六方氮化硼、立方氮化硼等。应该注意的是本发明的范畴也包括依照在此所述的方面所制成的六方氮化硼材料。

各种能形成六方氮化硼的触媒表面材料皆能考虑，例如，该触媒表面可包括一材料，如锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、氢化锂(LiH)、氮化锂(Li₃N)、氮化钠(Na₃N)、氮化镁(Mg₃N₂)、氮化钙(Ca₃N₃)及其合金和组合物；在一特定方面中，该触媒表面包含氮化锂；在另一特定方面中，该触媒表面实质上包含氮化锂或由氮化锂所组成。

也能考虑在六方氮化硼层掺杂有掺杂物。得注意的是包含于六方氮化硼层内的掺杂物可依照想要在所产生的材料中出现的性质而为任何掺杂物。例如在一方面中，该掺杂物包括如铍(Be)、碳(C)、硅(Si)、镁(Mg)的元素或这些元素的组合。在一方面中，该掺杂物包括硅；在另一方面中，该掺杂物为金属原子。

在又一进一步的方面中，本发明的方法除了石墨烯和六方氮化硼(hBN)之外，还可用于建构其它化合物或材料，其基本上必须具有以sp²键结型态所键结的原子。在另一方面中，这种材料可实质上包括以sp²键结型态所键结的原子。又于一方面中，这种材料可由以sp²键结型态所键结的原子所组成或实质上由以sp²键结型态所键结的原子所组成。

现在仅概括性且较广地描述出本发明的各种特征，因此在接下来的详细说明中可更进一步地理解，并且在本领域所做的贡献可能会有更佳的领会，而本发明的其它特征将会从所载的详细说明及其附图和权利要求中变得更为清晰，也可能在实行本发明时得知。

附图说明

图1是本发明一实施例的石墨烯晶格的示意图。

图2是本发明另一实施例的模具装配的剖面图。

图3是本发明又一实施例的石墨烯层的显微照片。

图4是本发明再一实施例的石墨烯层的显微照片。

图5是本发明又另一实施例的石墨烯层的显微照片。

图6是本发明另一实施例的石墨烯层的显微照片。

图7是本发明又另一实施例的模具装配的剖面图。

具体实施方式

定义

以下是在本发明的说明及权利要求中所出现的专有名词的定义。

所使用的单数型态字眼如“一”和“该”，除非在上下文中清楚明白的指示为单数，不然这些单数型态的先行词亦包括复数对象，因此例如“一颗粒”包括一个或多个这样的颗粒；“该材料”包括一个或多个这种材料。

在此所述的“石墨化程度(degree of graphitization)”是指石墨的比例，其具有理论上相隔3.354埃(angstrom)的石墨平面(graphene plane)，因此，石墨化的程度为1是指100％的石墨具有底面的石墨平面间距(d₍₀₀₀₂₎)为3.354埃的碳原子六角形网状结构。较高的石墨化程度是指较小的石墨平面间距。石墨化程度(G)能利用式1来计算。

G＝(3.440-d₍₀₀₀₂₎)/(3.440-3.354)(1)

相反地，d₍₀₀₀₂₎能根据G而使用式2计算而得。

d₍₀₀₀₂₎＝3.354+0.086(1-G)(2)

根据式1，3.440埃是非晶碳底面的间隔，而3.354埃是纯石墨

的间隔，纯石墨是可通过在3000℃以一延长的时间(如12小时)烧结可石墨化的碳。较高程度的石墨化对应于较大的结晶尺寸，其是通过底面(L_a)的尺寸和堆栈层(L_c)的尺寸所表征。需注意该尺寸参数是反比于底面的间隔。一“高度石墨化”是依照所使用的材料，但通常是指石墨化的程度等于或大于约0.8。在一些实施例中，高程度的石墨化是指大于约0.85的石墨化程度。

在此所述的“实质上较小活性(substantially less-reactive)”是指不会显著地与石墨烯材料反应和化学键结的元素或元素的混合物。实质上较小活性的元素的范例可包括但不限制在金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铅(Pb)、锡(Sn)、锌(Zn)及其混合物。

“实质上地(substantially)”是指步骤、特性、性质、状态、结构、项目或结果的完全、接近完全的范围或程度。例如，一“实质上”被包覆的物体是指该物体完全被包覆或几乎完全被包覆。而离绝对完全确实可允许的偏差可在不同情况下依照特定上下文来决定。然而，通常来说接近完全就如同获得绝对或完整的完全具有相同的总体结果。所用的“实质上地”在当使用于负面含意亦同等适用，以表示完全或接近完全缺乏步骤、特性、性质、状态、结构、项目或结果。举例来说，一“实质上没有(substantially free of)”颗粒的组成可为完全缺乏颗粒，或者非常近乎完全缺乏颗粒，而其影响会如同完全缺乏颗粒一样。换句话说，一“实质上没有”一成分或元素的组成只要在所关注的特性上没有可测量到的影响，可实际上依然包含这样的物质。

所述的“大约(about)”是用来提供可能比端点“高一些(a little above)”或“低一些(a little below)”的数值而提供数值范围端点的弹性。

这里所述的复数个物品、结构组件、组成元素和/或材料，基于方便可出现在一般的常见列举中，然而这些列举可解释为列举中的单一构件单独或个别地被定义，因此，这样列举中的单一构件不能视为任何单独基于在一般族群中无相反表示的解释的相同列举中实际上相等的其它构件。

浓度、数量以及其它数值上的数据可是以范围的形式来加以呈现或表示，而需要了解的是这种范围形式的使用仅基于方便性以及简洁，因此在解释时，应具有相当的弹性，不仅包括在范围中明确显示出来以作为限制的数值，同时亦可包含所有个别的数值以及在数值范围中的次范围，如同每一个数值以及次范围被明确地引述出来一般。例如一个数值范围“约1微米到约5微米”应该解释成不仅仅包括明确引述出来的约1到约5，同时还包括在此指定范围内的每一个数值以及次范围，因此，包含在此一数值范围中的每一个数值，例如2、3及4，或例如1-3、2-4以及3-5的次范围等，以及个别的1、2、3、4和5。此相同原则适用在仅有引述一数值的范围中，再者，这样的说明应该能应用于无论是一范围的幅度或所述的特征中。

本发明

本发明是有关于新颖的石墨烯以及六方氮化硼层及其相关方法；进一步而言，其是有关于制造包含主要以sp²键结排列而成的原子的材料以及材料层的方法以及这种材料。已经知道的是石墨烯层可被制成具有足够用于很多电子应用的尺寸，石墨烯层为具有sp²键结碳且具单一原子厚度的平板，且如图1所示，其是紧密堆栈成具有蜂巢结晶晶格的苯环的结构。在石墨烯中的碳-碳键结长度大约为1.45埃

比钻石的长度

短。石墨烯是其它石墨材料的基本结构元素，该石墨材料包括石墨、碳纳米管、富勒烯等。应该注意的是在本发明的方面中“石墨烯”的用语包括有关单一原子层的石墨烯以及复数层状堆栈的石墨烯。

极佳的石墨烯仅单单由六方晶体所组成，且任何在石墨烯内的五角形或七角形晶体都会构成缺陷，这种缺陷改变该石墨烯层平坦的性质。例如，单一五角形晶体会使得平板弯曲(warp)成圆椎状，当12个五角形晶体于适当的位置时会产生平坦的富勒烯。同样地，单一的七角形晶体会将平板弯曲成鞍状(saddle-shape)。石墨烯平板的弯曲倾向于降低电子稳定性以及热导性，且因此不利于使用在这些性质为重要的应用上。

如上所述，已经证明能大到足以使用于很多电子或其它应用的高质量石墨烯层是很难获得的。但目前已经发现使用熔融溶剂能够产生大型的石墨烯层，所用材料形成熔融溶剂而作为触媒以有助于复数石墨烯片体的烧结和/或形成。例如在一方面中，本发明提供一种形成石墨烯层的方法，这种方法可包括混合碳源与一水平定向的熔融溶剂；从该熔融溶剂中沉淀碳源以形成遍及于该熔融溶剂的一石墨层；以及将该石墨层分隔成复数石墨烯层。在一些方面中，碳源的加热以及沉淀是于真空状态中完成以减少污染。

很多混合碳源和熔融溶剂的方法都能考虑。在一些情形中，该碳源是与已经呈熔融状态的熔融溶剂混合；在其它情形中，该碳源是结合于之后才会呈现熔融状态的溶剂材料。例如在一方面中，混合碳源和该熔融溶剂包括提供该碳源至一固化的溶剂层，并在真空环境下加热该固化的溶剂层以熔融该固化的溶剂层成为一熔融溶剂，而让该熔融溶剂和碳源的碳原子形成一共熔(eutectic)液体，将该熔融溶剂和碳源接着会保持在共熔液体的状态，而让石墨层形成而实质上遍及于整个熔融溶剂。在另一方面中，甲烷会被热解(pyrolyze)而在溅镀于氧化铝基板上的镍上形成石墨，之后加热镍以液化，而石墨中的碳原子会重新排列而形成石墨烯。

在一方面中，石墨烯能通过碳从在熔融溶剂的碳的过饱和溶液中出溶(exsolution)所形成的，在这种情况下，该溶剂液体具有过饱和的碳材料，冷却该液体以使得碳开始出溶成凝析石墨(kish graphite)，该凝析石墨会浮在该熔融溶剂的顶部表面，且会相互修补(mend)而形成高质量石墨烯，能施加震动至该熔融溶剂以帮助石墨片的修补，这种制程能够使碳原子在过饱和熔融溶剂中有效扩散，因此能轻易地沉淀在石墨片体“岛屿(islands)”的边缘。具有六方键结排列的碳原子是非常稳定的，因此不会轻易溶解于该熔融溶剂中，另一方面，这种结构的边缘包括会与溶质原子(如镍原子)反应的晃动键(dangling bond)，因此，在边缘的溶解和沉淀反应是可逆的，使得溶质原子通过键结和溶解而重复循环，直到与碳原子键结，而在该片体的边缘周围生长，若温度能够控制在接近平衡状态(equilibrium)或者若温度能循环而移除(dislodge)利于六方键结碳的不稳定碳原子以及溶质原子则能改善此程序。

在一些方面中，能够使用蚀刻剂(etchant)来移除碳原子，且在一些情形中是移除不符合石墨烯晶格的较大碳分子，这种蚀刻剂包括但不限制在氢(H)、氧(O)、氮(N)、氟(F)、氯(Cl)以及其混合物。除此之外，能施加甲烷而遍及于整个表面作为补充碳源，并且有助于修补所述石墨烯片体而成为一至少实质上连续的层状结构。在一方面中，蚀刻剂和甲烷能够随时间而循环以修补所述石墨烯片体而成为一至少实质上连续的层状结构。再者，通过修补时控制在表面的漂浮石墨烯的数量能促进石墨烯层的质量，太多石墨烯会在所形成的层状结构中产生无法修补的间隙，而太少的石墨烯会显著地降低产率。

更特别的是如图2所示，一高度石墨化的石墨12的薄层能够散布(spread)遍及于位于模具16中固化的熔融溶剂层14，该高度石墨化的石墨包括天然石墨。在很多情形中，使用石墨材料作为模具是有益的，然而，其它材料也同样可以使用，且能为所属技术领域中具有通常知识者所熟知。另外，在一方面中，该高度石墨化的石墨的薄层可具有小于约40nm的厚度；在另一方面中，该薄层可具有小于约20nm的厚度。同样重要而值得注意的是当高度石墨化的石墨高度纯化时能够得到较佳的结果，例如，各种石墨中的杂质(如氧和氮)能够利用如在高温中进行加氯消毒处理(chlorination treatment)而被移除。此外，非限制性的高度石墨化的石墨的范例包括热解石墨(pyrolitic graphite)、溅镀石墨(sputteredgraphite)、天然石墨(natural graphite)等。在一方面中，该石墨的石墨化程度是约大于0.80；在另一方面中，该石墨的石墨化程度是约大于0.90；在又一方面中，该石墨的石墨化程度是约大于0.95。

在石墨散布于该固化的溶剂层之后，该模具装配能在真空炉中加热而熔融溶剂材料而成一熔融溶剂，在熔融时，该溶剂和该石墨形成共熔液体，例如，若该溶剂为镍，镍-碳共熔液体会沿着该熔融溶剂表面和该高度石墨化的石墨间的边界而形成；接着，该熔融溶剂有助于将从高度石墨化的石墨制成的石墨烯片体彼此修补在一起而成为连续性石墨烯层。该熔融溶剂是由任何能够用于催化石墨烯的形成的材料所组成；例如在一方面中，该熔融溶剂可包括铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钽(Ta)、钯(Pd)、铂(Pt)、镧(La)、铈(Ce)、铕(Eu)及其相关合金和混合物。在一特定方面中，该熔融溶剂可包括镍。在另一特定方面中，该熔融溶剂可实质上由镍所组成。在又一特定方面中，该熔融溶剂可由镍或镍合金所组成或实质上由镍或镍合金所组成。在一特定方面中，该熔融溶剂包括铁、镍和钴。在一方面中，该熔融溶剂刚开始是粉末状材料而与石墨材料接触；在另一方面中，该固化的溶剂可为在石墨所要沉积之处上的一硬表面，该石墨是以各种方法施加于这种表面，包括干粉法(dry powders)、泥浆法(slurries)、溅镀等。

在一些情况下，所形成的石墨烯层会因为溶剂(如带有碳的镍)的活性而损伤，例如，碳化物键结会在该熔融溶剂和石墨材料之间的界面产生，此键结的强度会导致石墨烯在从该熔融溶剂表面移除时弯曲(buckle)和/或撕裂(tear)，因此，在一些方面中，实质上较小活性的化合物或材料能包含在该熔融溶剂，以减少具有石墨的熔融溶剂的活性，因此，该熔融溶剂活性的减少能够降低沿着界面形成的碳化物的量，因而有助于重新获得具有最小撕裂损害的石墨烯。

任何能够降低该熔融溶剂的活性而让石墨烯形成于该熔融溶剂之上的材料是被视为本发明的范畴。在一方面中，该实质上较小活性的化合物可包括如金、银、铜、铅、锡、锌的元素及其元素的组合或合金。在一特定方面中，该实质上较小活性的化合物为铜。在又一特定实施例中，镍-铜合金可用于触媒表面，对于这种合金而言，由于空的3d轨道的缘故所以熔融镍能够溶解石墨，而熔融铜因其3d轨道已经被占满的所以无法溶解石墨，镍铜是一种具有能在铜熔点1084℃至镍熔点1455℃间调整熔点的合金，因此镍铜合金能够用于使在液态合金和石墨片之间的活性最佳化，此活性不会强大到形成碳化物，但足以在石墨烯中移动碳原子，以轻推(nudge)等碳原子至平衡位置，也就是能量最小的位置。在另一方面中，能够使用铜-锰合金，其是因为铜和锰能完全溶混(miscible)，而使得熔点下降，其在锰含量为34.5wt％时仅有873℃。

因此石墨烯的制作是依照石墨烯和液态金属之间独特的安排(uniquemapping)而让石墨烯平板生长，并减少因触媒反应而不稳定的缺陷位置。除此之外，重的熔融液体(密度接近9g/cc)能作为易碎的石墨烯(密度为2.5g/cc)的铁板(iron plane)，在此情形中，流体静力学的平衡能通过漂浮而保持石墨平板的大面积，为了帮助有缺陷的碳原子移动，可提供超音波震动以帮助烧结程序以及晶粒粗化生长；接着通过能让显著的晶粒不致形成或变形(buckle)该已经形成的石墨烯的方法冷却该熔融液体，通过保持温度梯度能够达成，并避免对流以及非常慢的顶部冷却。

并无意图要结合任何特定的理论，但相信溶剂材料能催化石墨烯层的形成，因为溶剂原子的尺寸比碳原子尺寸大得多，该触媒材料空的d轨道能够“轻推(nudge)”或引导碳原子几乎进入碳的正确位置而形成石墨烯网状结构，此交互作用并不足够强到形成碳化物，但是却足够强到使碳原子移动。因此溶剂液体是作为定位碳原子的模板以形成六方石墨烯网状结构，当所述网状结构形成，若有任何晶界则很多石墨烯层堆栈而产生一些晶界，应该了解的是许多石墨烯堆栈体，所产生的石墨烯层越远离触媒表面，则越容易开始产生晶界。

例如液态镍能够在石墨烯形成时排列石墨烯层中任何其它的原子，该液态模板的流动性质会环绕式地(around)轻推石墨原子，以修补石墨片之间的界面，其它仍有很多关于自动修补石墨修补片段(patch)的自组机制的细微细节，必须在石墨烯上有两个不同的碳原子区域，虽然独立的石墨烯平板采用六角形图案，但复数石墨层会稍微弯曲(buckled)而具有阿法(alpha)区和贝塔(beta)区。石墨烯平板只要有其它原子(阿法区)对齐于整体平板后才会移动而对齐，其它大半部分的原子则位于邻近六角形的中央。由于阿法区是以范德华力所键结，所以晃动的电子太微弱而无法与镍原子交互作用，只有贝塔区的碳原子能够受到镍的3d轨道的空位(vacancies)所吸引，此意味着石墨烯修补片段必须朝向有关的镍原子，在本质上，其会轻推石墨片而遍及于镍表面。

能通过以上所述的熔融溶剂的催化效果而减少任何在石墨烯层的晶界，因此形成较大区域、高质量的石墨烯层，且若有任何晶界存在的话则具有极少的晶界。在一些方面中，该石墨烯能实质上缺乏晶界或完全无晶界。所形成的石墨烯层常常实质上与供其形成于其上的表面有相同的尺寸。该熔融触媒表面准确的水平定向能因此有助于具有高平坦度的石墨烯层的形成。值得注意的是，此程序能用以成形单一原子厚度的石墨烯层，或者一具有复数个别的石墨烯层平行堆栈的石墨烯层或平板。在后述的情形中，石墨烯层的堆栈因复数石墨烯层实质上不具有结构性的晶界而具有高电子移动性以及高热导性。在一些情形中是形成该石墨的薄层，且能分隔成为复数石墨烯层。

模具装配的温度所能被提高的程度依照溶剂的性质以及石墨烯产物所欲达到的特性而决定。然而在一方面中，该模具装配是被加热至大于约1000℃；在另一方面中，该模具装配是被加热至大于约1300℃；在又一方面中，该模具装配是被加热至大于约1500℃。同样地，石墨烯能在各种压力中被制造，例如在一方面中，真空炉中的压力是小于约5托(Torr)；在另一方面中，真空炉中的压力是从约10^-3至约10^-6托。

在石墨烯层形成之后，冷却该模具装配以有助于石墨烯产物的移除。在一些方面中，均匀冷却该表面以维持表面的平坦度是有帮助的。在一方面中，这种冷却能够通过将热从溶剂表面之下传导出来，并维持溶剂表面之上的热在高温中而完成；一旦溶剂冷却，石墨烯层可从表面撕下，石墨烯能够以单层状或多层状从表面撕下，由于在层状结构之间有3.35埃

的间隔，所以能够产生这种撕下的动作。根据溶剂表面的尺寸，石墨烯层能够持续地被撕下并能够卷绕于一滚动条状装置。

图3到图6显示已在此所述的石墨烯的显微照片。图3显示形成于其上具有皱折纹路的石墨层，如所述的，石墨烯层能够从此石墨层分隔。如图4所示，放大的皱折纹路显示石墨层为连续的且无实质上破裂。图5显示石墨层的可挠性，图6显示在露出的石墨烯层表面微生物(microbe)的密度分布，在石墨烯层上的微生物能通过加热至约50℃而被移除。此为可逆反应，因此所述石墨烯层能作为微生物的感应器。

如上所述，在一些情形中，石墨烯层能够从形成于溶剂表面的厚的石墨层所分隔出来。各种分隔该石墨烯层的方法都有可能，其皆包含于本发明的范畴中。在一方面中，该石墨层能在硫酸中加热，硫原子的插入能够将石墨层分隔成复数石墨烯层，之后各石墨烯层能够被纯化(例如在高温下的氢气或卤素环境中)而移除杂质和/或缺陷。

在本发明另一方面中，能够使用气化程序而消除缺陷，因为在石墨烯中的缺陷和晶界是不稳定的，位于末端位子的碳原子是倾向于被溶解，而在石墨烯网状结构中的碳原子则相对稳定。引入加热后的氧气或蒸气遍及于石墨烯层的表面能够引起与晶界有关的不稳定的碳原子气化成一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO₂)，通过控制CO/CO₂比例(分压)，碳原子能够从缺陷位置被移除，并且以各种方式生长至石墨烯片体中。除了氧之外，卤素气体(例如氟和氯)也能使用。

石墨烯层能够另外以含碳气体(例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)的热分解的方式生长，这种方式能够使用于生长高质量石墨烯，因为碳的溶解度受到控制而避免碳的过饱和以及快速且不受控制的生长。因此，能够添加含碳气体(例如CO/CO₂)的混合物，且一氧化碳和二氧化碳的分压能够不同，以控制碳在熔融溶剂中碳的浓度，由此使所产生的石墨烯层中的缺陷最小化。

在本发明的一些方面中，石墨烯层能够掺杂各种掺杂物，掺杂物能用以改变石墨烯层的物理性质，和/或其能用以改变在石墨烯层堆栈体的石墨烯层之中的物理交互作用。这种掺杂能在该石墨烯层形成时通过将掺杂物添加至熔融溶剂中而产生，或者能在石墨烯层形成之后通过在层状结构中沉积掺杂物而产生。例如通过掺杂硼能够形成P型半导体。各种掺杂物都能用以掺杂于石墨烯层中，特定非限制性的范例包括硼、磷、氮以及其组合。掺杂也能用于改变石墨烯层特定区域的电子移动性，以在层状结构中形成电路，这种区域特定的掺杂能够在石墨烯层中分布电路图形。再者，当石墨烯层具有高度电子移动性时，于堆栈体中的石墨烯层之间的导电性则会被限制。通过掺杂金属原子或其它导电性材料，在堆栈的层状结构中的电子移动性能够增加。

除了石墨以及高石墨化程度的石墨以外，钻石材料也能使用作为形成石墨烯层的碳源，钻石材料包括天然钻石、合成钻石、单晶钻石、多晶钻石、DLC钻石、非晶钻石等。使用这种材料的优点在于所产生的石墨烯层具有三角晶系的排列(rhombohedral sequence，ABCABC...)，而非既有的ABABAB...排列。因此，在一方面中，形成三角晶系的石墨烯层的方法包括混合钻石源以及水平定向的熔融溶剂，并且从熔融溶剂中沉淀出钻石源，以形成遍及于该熔融溶剂的三角晶系的石墨烯层。

本发明又提供依据在此所述的步骤而制造的石墨烯层，这种层状结构可包括单一石墨烯层或复数石墨烯层的堆栈体；再者，如上所述，本发明方面中的石墨烯层具有高质量的材料，若有任何晶界存在的话则具有极少的晶界，除此之外，石墨烯层能够根据在此所述的各方面所制成，由于石墨烯材料的合成是遍及全部的溶剂或触媒表面，所以其具有比先前可能的方面更大的尺寸，但应了解依据本发明所制造具有任何尺寸的石墨烯层皆视为在本发明的范畴中，本发明方法特别符合大面积的石墨烯层，这种层状结构的尺寸需要依照触媒表面的尺寸而各有不同，然而在一方面中，石墨烯层的尺寸大于约1.0mm²；在另一方面中，石墨烯层的尺寸是从约1.0mm²至约10mm²；在又一方面中，石墨烯层的尺寸是从约10mm²至约100mm²；尚于一方面中，石墨烯层的尺寸是大于约100mm²；另于一方面中，石墨烯层的尺寸是大于约10cm²；更于一方面中，石墨烯层的尺寸是大于约100cm²；又于一方面中，石墨烯层的尺寸是大于约1m²。

石墨烯层的物理特性使其成为一有利于结合至各种装置的材料。能够考虑很多装置和用途，以下的范例不应被视为有任何限制。例如，在一方面中，石墨烯的高电子移动性使其能作为集成电路的组件；在另一方面中，石墨烯能够作为侦测单一或复数分子(包括气体)的传感器，石墨烯层的2维(2D)结构能有效地将石墨烯的材料的整体暴露于周遭环境中，因此使其成为侦测分子的有效材料，这种分子侦测能够间接量测，当气体分子吸收于石墨烯的表面，吸收的位置会在电阻方面呈现局部转变。石墨烯是一种对于这种侦测的有利材料，因其高导电性以极低噪声，而导致电阻的改变能被侦测。在另一方面中，石墨烯层可用于作为表面声波滤波器(SAW filter)，在此情形中，由于石墨烯材料的共振，所以能够传递电压讯号。在又一方面中，能使用石墨烯作为压力传感器。另于一方面中，石墨烯层可用于作为LED、LCD以及太阳能电池板的应用的透明电极。除此之外，石墨烯能够与绝缘材料(例如

膜)共同卷绕以制造电容器。再者，石墨烯能够与绝缘的六方氮化硼共同卷绕以制造绝佳的电容器材料。而且石墨烯铺设于半导体材料(例如硅)上，且经蚀刻而产生电子装置的电互连结(electrical interconnect)。

本发明又提供六方氮化硼层以及相关方法。例如在一方面中是提供一种形成六方氮化硼层的方法，这种方法可包括混合氮化硼源和水平定向的熔融溶剂，并且从该熔融溶剂中沉淀该氮化硼源以形成遍及于该熔融溶剂的六方氮化硼层。在一方面中，混合氮化硼源和熔融溶剂包括提供该氮化硼源至一固化的溶剂层，并在氮气环境下加热该固化的溶剂层以熔融该固化的溶剂层成为一熔融溶剂，而让该熔融溶剂以及从氮化硼源而来的硼与氮原子形成一共熔(eutectic)液体。在另一方面中，从该熔融溶剂中沉淀该氮化硼源包括保持该熔融溶剂和氮化硼源在共熔液体的状态，而让六方氮化硼层形成而实质上遍及于整个熔融溶剂。

更特定的是显示于图7，一氮化硼源薄层(例如薄片32)能够分散于在模具36中固化的熔融溶剂层34上。在很多情形中，使用氮化硼材料作为模具是有利的，但是其它材料也一样有用，且于所属技术领域中具有通常知识者所能知悉的。除此之外，在一方面中，氮化硼源薄层可具有小于约40nm的厚度；在另一方面中，氮化硼源薄层可具有小于约20nm的厚度。

在将氮化硼分散于该固化的熔融溶剂层之后，模具装配会在具有氮气环境的锅炉中被加热以熔化该溶剂层。该氮气环境用于阻止从氮化硼形成的氮蒸气，再者，在熔融金属中氮的溶解度是远低于硼，氮的溶解度能够通过添加氮吸收剂(如镍、钴、铁、钨、锰、钼、铬及其组合物)而增加，通过增加氮的溶解度，能够增加层状结构的生长率，并减少缺陷的密度。

因此该触媒表面有助于将六方氮化硼薄片从氮化硼源修补为连续性六方氮化硼。该熔融触媒是由任何能催化连续的六方氮化硼层形成的材料。例如在一方面中，该熔融触媒包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、氢化锂(LiH)、氮化锂(Li₃N)、氮化钠(Na₃N)、氮化镁(Mg₃N₂)、氮化钙(Ca₃N₃)及其合金和组合物；在一特定方面中，该触媒表面包含氮化锂；在另一特定方面中，该触媒表面实质上由氮化锂所组成。在又一特定方面中，氢化锂能使用作为熔融溶剂。

任何在六方氮化硼层中的晶界能通过熔融溶剂的催化效果而减少，因此形成大面积、高质量的六方氮化硼层，若有任何晶界存在的话则具有极少的晶界。所形成的六方氮化硼层与供其生成于其上的触媒溶剂实质上有相同的尺寸。熔融溶剂平坦的水平定向有助于高度平面化的六方氮化硼层的形成。值得注意的是此程序能用以形成单一原子厚度的六方氮化硼层，或者一六方氮化硼层，或者具有复数个别的六方氮化硼层平行堆栈的平板。在之后的情形中，六方氮化硼层的堆栈体具有高电子移动性以及高导热性，其是因为复数六方氮化硼层具有实质上非结构性的晶界。

模具装配能被加热的温度能够依照熔融溶剂的性质以及六方氮化硼产物所要的特性而有所不同。然而在一方面中，该模具装配能被加热至大于约1000℃；再另一方面中，该模具装配能被加热至大于约1300℃；在又一方面中，该模具装配能被加热至大于约1500℃。同样地，六方氮化硼能在各种压力中产生，例如在一方面中，在锅炉中的氮气环境是小于约1atm。

在该六方氮化硼层形成后，该模具装配能冷却而有助于六方氮化硼产物的移除。在一些方面中，均匀冷却表面以维持该溶剂表面的平坦度是有利的。在一方面中，这种冷却能通过从熔融溶剂之下传导热量并维持在熔融溶剂之上的热于较高的温度而完成，一旦溶剂冷却，六方氮化硼层可从表面撕下，六方氮化硼撕下而成为单一层状结构或复数层状结构。依据触媒表面的尺寸，六方氮化硼能够持续地被撕下并能够卷绕于一滚动条状装置。

在本发明的一些方面中，六方氮化硼层能够掺杂各种掺杂物，掺杂物能用以改变六方氮化硼层的物理性质，和/或其能用以改变在六方氮化硼层堆栈体的六方氮化硼层中的物理交互作用。这种掺杂能在该六方氮化硼层形成时通过将掺杂物添加至模具装配中而产生，或者能在六方氮化硼层形成之后通过在层状结构中沉积掺杂物而产生。各种掺杂物都能用以掺杂于六方氮化硼层中，特定非限制性的范例包括硅、镁及其组合物。将硅掺杂于六方氮化硼而形成N型半导体材料。

本发明还提供依照在此所述的步骤所制成的六方氮化硼，这种层状结构包括单一六方氮化硼层或复数六方氮化硼层的堆栈体。再者，如上所述，根据本发明方面所述的六方氮化硼层为高质量材料，若有任何晶界存在的话则具有极少的晶界。除此之外，六方氮化硼层能够根据在此所述的各方面所制成，由于六方氮化硼材料的合成是遍及全部的触媒表面，所以其具有比先前可能的方面更大的尺寸，但应了解依据本发明所制造具有任何尺寸的六方氮化硼层皆视为在本发明的范畴中，本发明的方法特别符合大面积的六方氮化硼层，这种层状结构的尺寸需要依照触媒表面的尺寸而各有不同，然而在一方面中，六方氮化硼层的尺寸能大于约1.0mm²；在另一方面中，六方氮化硼层的尺寸是从约1.0mm²至约10mm²；在又一方面中，六方氮化硼层的尺寸是从约10mm²至约100mm²；尚于一方面中，六方氮化硼层的尺寸是大于约100mm²；另于一方面中，六方氮化硼层的尺寸是大于约10cm²；更于一方面中，六方氮化硼层的尺寸是大于约100cm²；又于一方面中，六方氮化硼层的尺寸是大于约1m²。

六方氮化硼层的物理特性使其成为一有利于结合至各种装置的材料。能够考虑很多装置和用途，以下的范例不应被视为有任何限制。例如，在一方面中，六方氮化硼具有一高能隙(5.97eV)并且能发出远紫外线(deep uv，约波长215nm)。因此，六方氮化硼能用于作为一LED或太阳能电池。例如，该材料具固体最短的键结长度

所以比两维的钻石还硬，故其具有非常大的能隙，能够发射远紫外线，此对于纳米微影技术以及UV激发荧光非常有用以形成白光LED。能形成P-N接口以制造晶体管，其是能原位(in-situ)形成石墨烯互连结电路。再另一实施例中，石墨烯或单一氮化硼也具有高音速以及导热性，因此，其能用于超高频率的表面声波滤波器、超音速产生器以及散热器。因六角对称性，该材料也有压电性质(piezoelectric)。在另一实施例中，石墨烯或氮化硼层能用于作为化学吸附气体的感应器、用于通过在水溶液中电解以分析离子(如铅)的PPB程度的精密电极(delicate electrode)、具有氢气终结的透明电极等。

应该注意的，该六方氮化硼能借由熔融镍而有相似的排列。如前所述，液态镍能够在石墨烯形成时排列石墨烯层中任何其它的原子，该液态模板的流动性质会环绕式地轻推石墨原子，以修补石墨片之间的界面，其它仍有很多关于自动修补石墨修补片段(patch)的自组机制的细微细节，必须在石墨烯上有两个不同的碳原子区域，虽然独立的石墨烯平板采用六角形图案，但复数石墨层会稍微弯曲(buckled)而具有阿法(alpha)区和贝塔(beta)区。石墨烯平板只要有其它原子(阿法区)对准于整体平板后才会移动而对齐，其它大半部分的原子则位于邻近六角形的中央。由于阿法区是以范德华力所键结，所以晃动的电子太微弱而无法与镍原子交互作用，只有贝塔区的碳原子能够受到镍的3d轨道的空位(vacancies)所吸引，此意味着石墨烯修补片段必须朝向有关的镍原子，在本质上，其会轻推石墨片而遍及于镍表面。在六方氮化硼的情况中，此方向性排列更为明白，其是因为氮化硼由电子互补性的硼原子和氮原子所匹配。在使用镍来催化自组机制的情形中，因为空的3d轨域的性质，使得镍原子以及额外的电子能被推往硼原子。

六方氮化硼具有非常宽广的直接能隙，通过提供电场即能释放远紫外线。六方氮化硼为固有的N型半导体，其能通过铍(Be)或镁(Mg)的掺杂而强化，此阴极能够自激(self resonate)，且因此能用作雷射电极，并与系统组件(built)用于散热器中。

各种装置皆能考虑结合六方氮化硼和石墨烯层。例如，六方氮化硼层具有高能隙，且因此成为良好的绝缘体。通过改变石墨烯以及六方氮化硼层，能够产生有效电容量的(effective capacitative)材料，此复合材料是以堆栈形式、平面排列或层状被卷曲形成复合圆柱型态而产生，其它有潜力的用途包括通过石墨烯相互连结的三维氮化硼晶体管的集成电路、汽车电池、太阳能电池、笔记型计算机的电池以及手机的电池。因为此复合材料具有薄的截面而能产生平行式太阳能电池。额外的使用包括气体和微生物传感器(microbe sensor)，以及DNA和蛋白质芯片。

本发明也提供石墨烯/六方氮化硼复合材料。例如在一方面中，电子前驱物材料具有一复合材料，包括一石墨烯层以及设置于该石墨烯层上的六方氮化硼层。在一特定方面中，该复合材料包括复数间隔设置的石墨烯层以及六方氮化硼层。这些层状结构能够用于各种电子组件中，其是能够被所属技术领域中具有通常知识者所了解。例如，通过卷绕复数间隔设置的层状结构成为圆柱形，能够形成有用的圆柱形电容器。

这些复合材料能够使用在此所述的熔融溶剂方法所制造，或是通过其它能够形成这种层状结构的方法。例如在一方面中，制造石墨烯/六方氮化硼复合材料的方法包括提供一具有石墨烯层设置于一基材上的模板；以及沉积一氮化硼源材料于该石墨烯层上以于其上形成一六方氮化硼层，因此在沉积时使用石墨烯层作为六方氮化硼层的模板，该六方氮化硼层是通过任何已知的方法所沉积的，包括化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)。

在此公开的方法的一优点在于能够制造具有预先决定的尺寸以及形状的石墨烯以及六方氮化硼，因为材料层能形成在遍及于熔融溶剂的表面，所以所产生的石墨烯以及六方氮化硼层的尺寸和形状能够由水平定向的熔融溶剂的尺寸和形状所决定。因此，通过预先选择模具，以产生具有特定尺寸和形状的熔融溶剂表面，则该石墨烯以及六方氮化硼层的形状和尺寸也能被预先决定。因此这种预先决定的尺寸和形状不仅是将一材料层切割至特定形状的结果，而是形成具有特定且预先选择或预先决定的尺寸和形状的材料层。

在本发明另一方面中是提供形成碳化硅层的方法，这种方法包括混合碳化硅源和水平定向的熔融溶剂，并且从该熔融溶剂中沉淀该碳化硅源以形成遍及于该熔融溶剂的碳化硅层。

实施例

实施例1

一石墨块被机械加工而形成具有约3mm高度的圆盘状凹陷部，放置一具有约1mm的厚度的纯镍板于该凹陷部中，超高纯度的石墨则散布于镍板上，而此装配是放置于一管状锅炉中，该锅炉中是提供约10^-5托的真空环境；接着镍会在1500℃中完全熔融，且维持于熔融状态30至60分钟，控制温度以使得石墨边缘约比该熔融镍浆液(bath)高出50℃，这样的温度差异能够减少液体的对流，而可能妨碍形成的石墨烯晶格的形成；该锅炉之后会慢慢冷却且将所产生的石墨烯层从该冷却的镍板上撕下。

实施例2

一石墨烯层是依据实施例1所形成，不同之处在于该镍板是以无电解电镀有一镍-磷(Ni-P)层，而镍-磷化镍(Ni-Ni₃P)层的共熔点为870℃，因此能够让石墨烯平板在1000℃中形成。

实施例3

一石墨烯层是依据实施例1所形成，不同之处在于该超纯石墨是以超纯石墨片以及70wt％的羰基的镍化合物的混合物所取代。

实施例4

Invar(Fe2Ni)粉末分散在石墨模具的底部，高度石墨化程度的石墨(如天然石)墨粉末是沿着该Invar粉末顶部分散，该模具装配在真空(如10^-5 torr)中被加热以熔融该合金(如1300℃，对于金属-碳的共熔组成物而言)。因为石墨的密度(2.25)是远低于合金的密度(8-9)，所以石墨片会浮在熔融合金的顶部。再者，因为石墨的小片形状，石墨烯平板会与熔融合金表面平行。在此情况下，石墨烯片段会被催化而藉由铁合金修补在一起，此步骤为自组机制以及自我修补机制，因此能形成米级尺寸的石墨烯平板。

在石墨烯平板生长之后，该熔融浆液会在其表面保持平坦的状态下被降温，其可通过热从下方向上传导，并且保持顶层于一较高的温度而完成，一旦该装配冷却，则将可能还黏在合金上的石墨烯平板从底层撕下，由于在石墨烯平板之间的较大间隔

所以撕下的动作能够以连续性步骤而完成。

实施例5

纯天然石墨粉末与其10倍重量的镍和铜(具有相同比例)相互混合，将此混合物放置于一石墨模具中，并且在真空状态下加热至1300℃六个小时。石墨溶解并且在边缘沉淀，其具有丰富的晃动电子，所形成的片体浮在熔融液体上。六个小时后，温度降低在液相线和固相线之间，使得液态和固态达到平衡状态，在此阶段中，不稳定的碳原子会溶解，而更稳定的原子会沉淀，而该熔融物会慢慢地固化。利用氢通入真空中以进一步通过气化的碳原子来移除石墨缺陷。大型的石墨烯浸润于热的硫酸中以分隔成石墨烯层，取得该石墨烯层且通过在真空中800℃下的晶圆接合(wafer bonding)而设置在已抛光的硅晶圆上，此表面进一步通入氟以形成CF₄气体而移除任何缺陷。

实施例6

纯天然六方氮化硼(hBN)粉末与其氢化锂在氮气气氛中相互混合，并加热至1300℃以上而形成hBN溶液，该熔融物维持在1300℃六个小时，之后冷却至液相线和固相线之间的温度，接着此共熔熔融物缓慢降温，并将氢气引入以移除不稳定的硼和氮原子，因而所形成的hBN薄膜在硫酸中沸腾而分隔出层状结构。所取得的hBN层设置在实施例5中涂布于硅晶圆的石墨层上，将一钛薄膜通过溅镀而沉积于hBN层上，蚀刻该钛薄膜以形成内数字晶体管变换器(transducer)，其是能够将电磁讯号转换成表面声波，反之亦然。

实施例7

六方氮化硼(hBN)薄膜掺杂有铍以使其成为P型材料；氮化铝(AlN)是以分子束磊晶技术(MBE)而沉积于hBN薄膜上，且掺杂有碳原子以形成N型材料。所形成的p-n接面能够在接受直流电后立即放出紫外线(UV)。

当然，需要了解的是以上所述的排列皆仅是在描述本发明原则的应用，许多改变及不同的排列亦可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下被于本领域具通常知识者所设想出来，而权利要求也涵盖上述的改变和排列。因此，尽管本发明被特定及详述地描述呈上述最实用和最佳实施例，于本领域具通常知识者可在不偏离本发明的原则和观点的情况下做许多如尺寸、材料、形状、样式、功能、操作方法、组装和使用等变动。

Claims

1.一种形成石墨烯层的方法，包括：

混合碳源与一水平定向的熔融溶剂；

从该熔融溶剂中沉淀该碳源以形成遍及于该熔融溶剂的一石墨层；以及

将该石墨层分隔成复数石墨烯层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中混合该碳源与该熔融溶剂包括：

提供该碳源至一固化的溶剂层；以及

在真空环境下加热该固化的溶剂层以熔融该固化的溶剂层成为一熔融溶剂，而让该熔融溶剂和碳源的碳原子形成一共熔(eutectic)液体。

3.根据权利要求1所述的方法，其中从该熔融溶剂中沉淀该碳源包括保持该熔融溶剂和碳源在共熔液体的状态，而让石墨层形成且实质上遍及于整个熔融溶剂。

4.根据权利要求1所述的方法，其中该碳源为高度石墨化程度的石墨。

5.根据权利要求1所述的方法，其中该熔融溶剂是选自于由以下物质所组成的群组：铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钽(Ta)、钯(Pd)、铂(Pt)、镧(La)、铈(Ce)、铕(Eu)、其相关合金和其组合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其中该熔融溶剂包括镍。

7.根据权利要求1所述的方法，其中该熔融溶剂包含实质上较小活性的化合物，当与没有加入实质上较小活性的化合物的熔融溶剂比较时，该实质上较小活性的化合物降低该熔融溶剂的活性。

8.根据权利要求7所述的方法，其中该实质上较小活性的化合物是选自于由以下物质所组成的群组：金、银、铜、铅、锡、锌、其组合物和其合金。

9.根据权利要求7所述的方法，其中该实质上较小活性的化合物为铜。

10.根据权利要求1所述的方法，其尚包含从该石墨实质上移除杂质。

11.根据权利要求10所述的方法，其中该杂质是由氧(O)、氮(N)及其组合所组成的群组。

12.根据权利要求1所述的方法，其尚包括在石墨烯层掺杂有掺杂物。

13.根据权利要求7所述的方法，其中该掺杂物是选自于由以下物质所组成的群组：硼(B)、磷(P)、氮(N)、金属原子及其组合。

14.根据权利要求1所述的方法，其尚包括预先选择该水平定向的熔融溶剂的尺寸和形状以产生复数具有预先决定的尺寸和形状的石墨烯层。

15.一种以权利要求1所述的方法制成的石墨烯层，其中该石墨烯层具有预先决定的尺寸和形状。

16.根据权利要求15所述的石墨烯层，其是结合至一装置中，该装置是选自于由分子传感器、发光二极管(LEDs)、液晶显示器(LCDs)、太阳能电池板、压力传感器、表面声波滤波器、共振器、晶体管、电容器、透明电极、UV雷射、DNA芯片以及其组合所组成的群组。

17.根据权利要求15所述的石墨烯层，其中该石墨烯层是耦接于一已抛光的硅晶圆。

18.根据权利要求17所述的石墨烯层，其中该石墨烯层是经蚀刻而形成电互连结(electrical interconnect)。

19.一种形成六方氮化硼层的方法，包括：

混合氮化硼源和水平定向的熔融溶剂；以及

从该熔融溶剂中沉淀该氮化硼源以形成遍及于该熔融溶剂的六方氮化硼层。

20.根据权利要求19所述的方法，其中混合氮化硼源和熔融溶剂包括：

提供该氮化硼源至一固化的溶剂层；以及

在氮气环境下加热该固化的溶剂层以熔融该固化的溶剂层成为一熔融溶剂，而让该熔融溶剂以及从氮化硼源而来的硼与氮原子形成一共熔(eutectic)液体。

21.根据权利要求19所述的方法，其中从该熔融溶剂中沉淀该氮化硼源包括保持该熔融溶剂和氮化硼源在共熔液体的状态，而让六方氮化硼层形成且实质上遍及于整个熔融溶剂。

22.根据权利要求19所述的方法，其中该熔融溶剂是选自于由以下物质所组成的群组：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、氢化锂(LiH)、氮化锂(Li₃N)、氮化钠(Na₃N)、氮化镁(Mg₃N₂)、氮化钙(Ca₃N₃)、其合金和其组合物。

23.根据权利要求19所述的方法，其尚包括在六方氮化硼层掺杂有掺杂物。

24.一种以权利要求19所述的方法制成的六方氮化硼层。

25.根据权利要求24所述的六方氮化硼层，其是结合至一装置中，该装置是选自于由分子传感器、发光二极管(LEDs)、液晶显示器(LCDs)、太阳能电池板、压力传感器、表面声波滤波器、共振器、晶体管、电容器、透明电极、UV雷射、DNA芯片以及其组合所组成的群组。

26.一种电子装置，包括：

一以权利要求1所述的方法制成的石墨烯层；以及

一六方氮化硼层，其中该石墨烯层以及该六方氮化硼层是结合至该电子装置中。

27.根据权利要求26所述的电子装置，其中该石墨烯层以及该六方氮化硼层能共同卷绕以形成具有间隔设置的石墨烯层和六方氮化硼层的电容器材料。

28.根据权利要求26所述的电子装置，其中该电子装置为高频通讯器(communication)的高电子稳定性的晶体管。

29.一种形成碳化硅层的方法，包括

混合碳化硅源和水平定向的熔融溶剂；以及

从该熔融溶剂中沉淀该碳化硅源以形成遍及于该熔融溶剂的碳化硅层。

30.一种形成三角晶系的石墨烯层的方法，包括：

混合钻石源以及水平定向的熔融溶剂；以及

从熔融溶剂中沉淀出钻石源，以形成遍及于该熔融溶剂的菱方晶系的石墨烯层。

31.一种电子前驱物材料，包括：

一复合材料，包含：

一石墨烯层；以及

一设置于该石墨烯层上的六方氮化硼层。

32.根据权利要求31所述的前驱物材料，其中该复合材料包括复数间隔设置的石墨烯层以及六方氮化硼层。

33.根据权利要求32所述的前驱物材料，其中该复数间隔设置的层状结构是卷绕成为圆柱形。

34.根据权利要求31所述的前驱物材料，其中该复合材料具有预先决定的尺寸以及形状。

35.一种制造石墨烯/六方氮化硼复合材料的方法，包括：

提供一具有石墨烯层设置于一基材上的模板；以及

沉积一氮化硼源材料于该石墨烯层上以于其上形成一六方氮化硼层。