石墨烯薄膜的化學氣相沉積法制備及應用研究.pdf

1、石墨烯是一種具有特殊結構和性質的新型納米材料。因其具有超高的強度和硬度、極高的載流子遷移率、優(yōu)異的室溫熱導率、良好的透光率和導電率等特性，在透明導電薄膜、鋰離子電池、超級電容器、功能復合材料等諸多領域都具有廣泛的應用前景。目前制備石墨烯的主要方法有機械剝離法、氧化還原法、化學氣相沉積法、外延生長法等，其中化學氣相沉積法是制備大面積高質量石墨烯薄膜的重要方法。本論文從安全性、經(jīng)濟性著眼，提出了以乙醇為碳源的低氫常壓化學氣相沉積法制備石墨烯

2、薄膜。本論文的研究內容主要包括：
　　（1）通過對實驗工藝條件的討論，確定了以乙醇為碳源的低氫常壓化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜的工藝過程及工藝參數(shù)。首先對實驗設備進行改裝以符合實驗要求；然后通過控制實驗參數(shù)制備出不同層數(shù)的石墨烯薄膜，并采用拉曼光譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等分析測試手段對所制備的石墨烯薄膜的質量、形貌、結構進行了表征；最后通過設計實驗對這種方法制備石墨烯薄膜的生長機理做出了研究。
　?。?）采用基底刻

3、蝕法轉移石墨烯薄膜，確定了其工藝參數(shù)和過程；首次提出采用電化學轉移法轉移鎳基多層石墨烯薄膜；基于長期試驗觀察提出自支撐轉移法轉移石墨烯薄膜，并將其應用到制備石墨烯/金屬復合夾層材料及軟X射線激光器濾光片用自支撐保護膜上。
　?。?）基于自支撐轉移法確定了制備石墨烯/金屬復合材料的制備過程，并通過不同的制樣方式獲得了復合夾層材料的掃描電子顯微鏡圖，并對其質量結構進行了研究。
　?。?）基于石墨烯的可飽和吸收性制備基于石墨烯為功

4、能相的石墨烯激光鎖模器件，確定其工藝過程并對實驗影響因素進行了探討。最后通過對鎖模效果的測試，分析了所制備的石墨烯鎖模器件的性能。
　　通過對上述內容展開的研究和分析，本文得到了以下幾個方面的規(guī)律：
　?。?）采用以乙醇為碳源的低氫常壓化學氣相沉積法能夠制備出不同層數(shù)質量良好較大面積的石墨烯薄膜。
　　（2）采用乙醇為碳源的低氫常壓化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜的生長機理是，乙醇在高溫條件下裂解出的碳原子向預熱后向處于高

5、化學活性的銅基底表面擴散遷移，銅在高溫條件下主要起到類似催化劑的作用。當碳原子吸附到銅基底上后，開始在銅表面化學活性較高處形成晶核并開始生長。初始晶粒持續(xù)長大形成島狀晶疇，相鄰晶疇接觸后形成達微米量級的樹枝狀薄片。當石墨烯薄膜遇到銅表面晶界時，可以跨越銅基底表面晶界生長直至形成完整薄膜。
　?。?）通過對實驗結果的分析可知，基底刻蝕法是完好轉移石墨烯的成熟方法。轉移過程中旋涂PMMA的工藝參數(shù)為：4wt％ PMMA/苯甲醚溶液，初

6、轉轉速1000 r.p.m.，初轉時間60 s，終轉轉數(shù)2000 r.p.m，終轉時間120 s；電化學轉移法能夠應用于以鎳為代表的生長多層石墨烯的金屬基底上，分離時間與電流大小成正比關系。而當電流大于0.1A時，由于生成氣泡速率過快極易導致薄膜破裂；自支撐轉移法是轉移少層石墨烯薄膜的一種簡便方法，可以應用于軟 X射線激光器濾光片用自支撐保護膜及石墨烯基激光鎖模器件的制備中。
　　（4）采用層層組裝方法可以制備出分層結構完好的石墨