CVD法制備石墨烯工藝及其光電性能研究.pdf

1、自2004年石墨烯被英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)能夠以二維晶體結(jié)構(gòu)存在以來(lái)，對(duì)石墨烯的研究便吸引了物理、化學(xué)、材料等領(lǐng)域無(wú)數(shù)科學(xué)家的目光。石墨烯具有獨(dú)特的蜂巢狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯極為優(yōu)異的性能，其厚度、硬度、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能已經(jīng)超過(guò)了目前已知的任何一種材料，使石墨烯具有廣闊的應(yīng)用前景。石墨烯可以應(yīng)用在鋰電池、手機(jī)觸摸屏、半導(dǎo)體、傳感器等許多行業(yè)，并具有促使這些行業(yè)發(fā)生革命性進(jìn)步的潛力。目前各個(gè)國(guó)家的研究院所和大型跨國(guó)企業(yè)都在盡全力研究石墨烯的制備

2、技術(shù)及其應(yīng)用。
　　本文以銅箔和鎳箔為襯底，采用CVD法制備石墨烯，對(duì)比研究不同工藝參數(shù)下不同襯底上石墨烯的生長(zhǎng)變化規(guī)律，優(yōu)化改進(jìn)石墨烯生長(zhǎng)工藝，制備出高質(zhì)量(極弱D峰)、大面積(2×2cm)、少層(3~4層)石墨烯，并研究了石墨烯的光電性能。
　　銅箔襯底上CVD法制備大面積少層石墨烯的研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，厘清了生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)時(shí)間、CH4流量、H2流量、降溫速率對(duì)石墨烯生長(zhǎng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)一定的界限時(shí)，石墨烯的

3、自限制生長(zhǎng)理論并不適用，石墨烯層數(shù)會(huì)急劇增加。過(guò)慢的降溫速率會(huì)阻礙銅箔上大面積高質(zhì)量的石墨烯的形成。通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)，成功地在銅箔上制備出大面積少層(3~4層)石墨烯，并對(duì)其透光率和導(dǎo)電率與石墨烯層數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了研究。
　　鎳箔襯底上CVD法制備大面積少層石墨烯的研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，厘清了生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)時(shí)間、H2流量、降溫速率對(duì)石墨烯生長(zhǎng)的影響。緩慢的降溫速率下，鎳襯底上并不會(huì)形成石墨烯,H2對(duì)石墨烯的生長(zhǎng)起促進(jìn)作用且刻蝕作用很弱。改

4、進(jìn)了鎳襯底上石墨烯的制備工藝,在鎳箔難以制備少層石墨烯的情況下，制備出大面積少層(3~4層)石墨烯。對(duì)其透光率進(jìn)行了表征，通過(guò)透光率的變化來(lái)確定石墨烯的層數(shù)。
　　對(duì)比研究銅箔和鎳箔上石墨烯的生長(zhǎng)，總結(jié)銅鎳襯底上制備石墨烯的優(yōu)劣點(diǎn)。銅箔上石墨烯的制備難度大于鎳箔上的制備難度，但銅箔表面形成的石墨烯一般小于鎳箔上石墨烯層數(shù)。H2對(duì)銅箔上的石墨烯生長(zhǎng)起抑制作用且有強(qiáng)烈的刻蝕作用，但H2對(duì)鎳箔上石墨烯的生長(zhǎng)起促進(jìn)作用且刻蝕作用很弱。石墨