CVD法制備三維石墨烯的研究.pdf

1、江蘇科技大學攻讀碩士學位研究生論文摘要論文題目CVD法制備三維石墨烯的研究研究方向新型納米材料的制備學科、專業(yè)材料工程研究生姓名相宇昊導師姓名晏超填表時間2016年6月17日學號：號：139060031139060031文摘：石墨烯是一種新型二維材料，由于其優(yōu)異物理化學特性和各領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，成為人們的關(guān)注和研究的熱點。石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)，使得它與傳統(tǒng)的電子裝置的架構(gòu)相兼容。三維石墨烯，擁有互連的三維的網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)異的機械柔韌性、大的比表

2、面積、高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性以及極高的導電性，成為最近該領(lǐng)域中的研究重點。在能源、環(huán)境、傳感和生物領(lǐng)域，將二維石墨烯組裝成三維結(jié)構(gòu)在基于石墨烯的材料的應(yīng)用中十分必要?；瘜W氣相沉積法（CVD）作為二維石墨烯的常用制備手段，也能被用于制備三維石墨烯中。CVD法的主要流程：通過高溫分解碳源，得到的碳原子在三維犧牲模板上沉積，并成核生長成為石墨烯。再將犧牲模板刻蝕得到純凈的三維石墨烯。制備過程中主要使用氫氣和氬氣作為氣體氛圍，生長溫度在正常制

3、備2D石墨烯9001100℃的范圍內(nèi)?？涛g后的三維石墨烯在清洗之后，將被轉(zhuǎn)移到玻璃片或硅片上。對于制備得到的三維石墨烯，采用光學顯微鏡、拉曼光譜儀、掃描電子顯微鏡以及四探針電阻率測試儀進行各個方面的表征。CVD法制備三維石墨烯作為一種模板引導法，其三維結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠很好地繼承自模板，然而實際的制備中由于各種因素的影響，而導致其形貌出現(xiàn)變化。而這主要是由于轉(zhuǎn)移過程中造成的，所以轉(zhuǎn)移方法的研究著重于結(jié)構(gòu)的保持上。傳統(tǒng)的CVD使用氣體碳源，為研究

4、不同碳源的對三維石墨烯影響的普遍規(guī)律，本文中使用固體碳源加以對比。本文中使用除了常用的成品鎳泡沫模板以外的半成品作為模板，由于模板對于三維石墨烯宏觀形態(tài)的改變顯而易見，故研究不同模板對于微觀形貌的影響。本文主要針對CVD法制備三維石墨烯的過程，分別從轉(zhuǎn)移、碳源與模板三個大方面，深入研究其對于制備的三維石墨烯在結(jié)構(gòu)、形貌、成分、品質(zhì)以及性能上的影響。首先，本文探討了轉(zhuǎn)移方法對三維石墨烯的形貌與結(jié)構(gòu)保持的重要作用。在探索使用不同碳源制備三維

5、石墨烯的過程中，發(fā)現(xiàn)使用固體碳源制備的三維石墨烯無論在形貌、成分、品質(zhì)以及性能等方面都能和氣體碳源基本保持一致。最后，本文通過對成品鎳泡沫（NiFoam）和半成品六水合氯化鎳（NiCl26H2O）還原模板的研究，表明雖然CVD法制備的三維石墨烯在宏觀結(jié)構(gòu)完全來源于模板，但在微觀上均是由石墨烯片層通過不同方式連接自支撐而成的。本文研究表明，優(yōu)秀的轉(zhuǎn)移方法可以很好地保持三維石墨烯繼承自模板的結(jié)構(gòu)，同時使石墨烯具有較小的缺陷、高的品質(zhì)，從而擁