大面積高質(zhì)量石墨烯的制備與表征.pdf

1、石墨烯由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，自2004年發(fā)現(xiàn)之后受到人們廣泛的關(guān)注和研究。無(wú)論是科學(xué)研究還是工業(yè)應(yīng)用，制備較大面積的單層石墨烯都是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。制備石墨烯的方法很多，目前常見(jiàn)的有機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）等等。其中CVD方法的發(fā)展最為迅速，是目前制備大面積石墨烯的主要方法。然而如何利用CVD方法提高石墨烯生長(zhǎng)的質(zhì)量以及實(shí)現(xiàn)層數(shù)的可控生長(zhǎng)仍然還是一個(gè)難題。在以銅（Cu）和鎳（Ni）為代表的催化金

2、屬上，石墨烯的生長(zhǎng)過(guò)程和機(jī)理也還沒(méi)有完全研究清楚。圍繞上述問(wèn)題，本文系統(tǒng)研究了生長(zhǎng)條件、襯底材料對(duì)石墨烯形成的影響規(guī)律，討論了大面積單層石墨烯形成的基本條件，論文主要分如下幾章內(nèi)容詳細(xì)討論：
　　第一章：介紹了石墨烯的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，以及石墨烯的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，對(duì)目前石墨烯的主要制備方法以及應(yīng)用前景做了回顧和總結(jié)。并由此確定了本論文的工作安排。
　　第二章：介紹并分析了表征石墨烯的主要技術(shù)手段和方法，包括：光學(xué)顯微鏡（Optica

3、l Microscope, OM），掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope, SEM），透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope, TEM），拉曼光譜（Raman Spectrum）以及原子力顯微鏡（Atom Force Microscope, AFM）。
　　第三章：利用常壓CVD方法在銅箔上實(shí)現(xiàn)大面積高質(zhì)量石墨烯的層數(shù)可控生長(zhǎng)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，厘清了幾

4、種主要條件參數(shù)包括降溫時(shí) H2流量、生長(zhǎng)溫度、甲烷濃度以及生長(zhǎng)時(shí)間等對(duì)石墨烯生長(zhǎng)的影響；并通過(guò)機(jī)理分析和建立模型，加深了對(duì)石墨烯在銅上的形成過(guò)程的認(rèn)識(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制甲烷的濃度就能實(shí)現(xiàn)石墨烯層數(shù)的可控生長(zhǎng)。并在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了制備大面積高質(zhì)量單層石墨烯的生長(zhǎng)條件。
　　第四章：對(duì)鎳上石墨烯生長(zhǎng)的問(wèn)題進(jìn)行了討論和研究。由于鎳上石墨烯的形成機(jī)理與銅不一樣，本章主要針對(duì)幾個(gè)鎳特有的影響較大的關(guān)鍵條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和分析，如石墨烯的不均勻