高定向热解石墨HOPG是一种结晶构造良好、择优取向性极q、石墨化程度很高的“晶体”石墨。是通过热解石墨在外加应力条件下进行石墨化处理而得到的多晶石墨。热解石墨是以碳氢气体为原料,在2000℃以上的高温下,在石墨基体上经化学气相沉积制备的具有较高结晶取向的碳素材料。它通常需要在高温高压(如3400~3600℃,10MPa)下处理,以形成沿石墨片层方向高度取向的多晶石墨。常见的热处理方法包括压力热处理、拉伸应力热处理、非均质沉积内层应力热处理以及压应力热处理等。
1、预处理:将石墨基体浸泡在预处理液中,如甲基三氯硅烷、三乙醇胺和乙醇的混合溶液,以改善后续化学气相沉积过程的效果。
2、化学气相沉积法:使用化学气相沉积法在石墨基体表面沉积热解石墨板。此过程中需控制温度、压力以及甲烷和氮气的气体流量比。
3、磁场处理:将沉积有热解石墨板的石墨基体降温至一定温度后,放入特定强度和频率的磁场中进行处理,以提高热解石墨的取向度。
4、高温高压热处理:将经过磁场处理的热解石墨板放置到高温高压炉内,通入惰性气体(如氩气),进行热处理。此步骤是形成高定向热解石墨的关键。
5、光刻工艺加工:对于需要在高定向热解石墨上加工微结构的应用,可以采用光刻工艺。这包括表面平整化、表面清洗、制作掩膜、旋涂光刻胶、光刻、图形化掩膜、刻蚀HOPG以及除去光刻胶和掩膜等步骤。