化學氣相沉積法制備石墨烯及其結構、性能調變.pdf

1、石墨烯是由碳原子以六元環(huán)結構周期性排列而構成的二維單層結構。石墨烯具有獨特的電子和能帶結構，表現(xiàn)出了一系列新穎獨特的性質，如量子霍爾效應、可調節(jié)的帶寬、極高的電子遷移率、相當高的楊氏模量和比表面積，這使得石墨烯在傳感器、透明觸摸屏、光板、太陽能電池等眾多領域具有潛在的應用價值，甚至可能成為制造衛(wèi)星、飛機、汽車的高性能復合材料的組成部分。但是要實現(xiàn)墨烯的實際應用，需要實現(xiàn)它的大規(guī)模、大面積和可控制備。在眾多制備方法當中，化學氣相沉積法(C

2、VD)是最有可能實現(xiàn)這一目標的方法。在CVD方法中，影響石墨烯生長的因素包括襯底的類型、生長溫度、壓力、碳源以及生長時間等因素。通過改變這些因素，有望對石墨烯的生長過程進行調控，從而制備出不同層數(shù)、類型和質量的石墨烯。這對石墨烯的電子結構調變，探索新性能，并最終促進石墨烯的應用具有重要意義。本論文在石墨烯的化學氣相沉積法制備及其結構性能的調控等方面取得了一定的進展，歸納如下：
　　1.我們采用CVD法，在低壓高溫條件下以甲烷和氫氣

3、為前驅物在銅基底上制備出了高質量大面積的石墨烯薄膜，并且通過拉曼光譜、透射電子顯微鏡等儀器對石墨烯進行了全面的表征，掌握了石墨烯的表征技術。此外，我們實現(xiàn)了將石墨烯轉移到二氧化硅、PET等多種襯底上，掌握了石墨烯的轉移技術，為后續(xù)涉及石墨烯的課題研究提供了材料來源和技術保證。
　　2.大面積非晶石墨烯的制備依然處于其理論和初始階段。我們采用CVD法，在常壓下于650-800℃范圍內以，分別以苯為碳源，在單晶氧化鎂基片上成功制備了出

4、非晶石墨烯，并用透射電子顯微鏡、選區(qū)電子衍射、拉曼光譜等表征技術研究了生長溫度對非晶石墨烯薄膜的層數(shù)和結晶度的影響，實現(xiàn)了通過改變生長溫度來調節(jié)薄膜層數(shù)。制備的2-5層的非晶石墨烯薄膜透光率大于85％，電導率小于1×10-3S/cm。
　　3.在掌握非晶石墨烯的基礎上，我們通過將前驅體苯改為吡啶制備出了非晶氮摻雜石墨烯，實現(xiàn)了通過改變生長溫度對氮摻雜非晶石墨烯薄膜的層數(shù)調控。制備的氮摻雜非晶石墨烯中氮碳原子比（N:C）在0.085