PECVD法制備石墨烯及其鋰電性能研究.pdf

1、石墨烯是由碳六元環(huán)形成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，只有一個碳原子的厚度，是第一種真正意義上的二維材料。由于這種特殊的結(jié)構(gòu)，石墨烯擁有一些優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，如優(yōu)異的力學(xué)性能、較好的柔韌性、良好的導(dǎo)電性能、很高的電子遷移率、較大的楊氏模量。這使得石墨烯在納米電子器件、超級計算機、太陽能電池、透明電極等的應(yīng)用方面具有很高的應(yīng)用價值。但是所有這一切的前提是需要大規(guī)模制備出高質(zhì)量的石墨烯。目前，石墨烯制備方法已有很多，但是要想實現(xiàn)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化，就

2、必須針對不同的應(yīng)用實現(xiàn)石墨烯的大規(guī)模、高質(zhì)量、可調(diào)控生長。通過石墨烯常用的幾種制備方法相比較，化學(xué)氣相沉積法(CVD)是最有可能實現(xiàn)這一要求的方法。而在諸多的CVD設(shè)備中，等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)由于其可以有效降低沉積溫度及提升沉積速度，在工業(yè)化生產(chǎn)石墨烯的過程中可以有效降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，是理想的大面積生產(chǎn)石墨烯的方法之一。
　　本論文采用PECVD法，以甲烷為碳源，在銅基底上制備石墨烯，研究不同的實驗參數(shù)

3、（氣氛條件、沉積溫度、放電功率、沉積時間）對石墨烯生長的影響。使用拉曼光譜(Raman spectroscope)和掃描電子顯微鏡(SEM)對制備的石墨烯樣品進行表征，研究了PECVD法制備石墨烯的最優(yōu)參數(shù)并制備了豎直方向生長的石墨烯納米片材料。利用PECVD法在銅箔上制備的石墨烯納米片及氮摻雜后改性的石墨烯作為鋰離子電池正極材料，與鋰片作為對電極組裝為扣式電池，對電池進行恒流充放電測試檢測扣式電池比容量及循環(huán)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)石墨烯納米片

4、扣式電池容量隨著沉積功率和沉積時間的增加而增加，最大達到400mAh/g，循環(huán)效率則一直保持在90％以上。氮摻雜石墨烯扣式電池比容量達到550mAh/g，循環(huán)效率也維持在92％以上。
　　此外，本文還將在銅箔表面沉積的石墨烯轉(zhuǎn)移到長有SiO2的Si基底上進行電學(xué)性能測試，結(jié)果顯示石墨烯的載流子遷移率為695cm2/V·s。最后本文在長有SiO2的硅基底上直接沉積制備得到石墨烯。這種新方法省去了復(fù)雜的石墨烯轉(zhuǎn)移工作，方便了石墨烯直接