化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯研究.pdf

1、石墨烯是一種僅一個(gè)原子層厚的二維晶體，具備優(yōu)異的物理化學(xué)性能，如極佳的導(dǎo)電性、超大比表面積、高度的透光性、化學(xué)穩(wěn)定性等，在電極材料、納米電子器件、信息存儲(chǔ)、生物領(lǐng)域等眾多領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
　　本論文使用低壓化學(xué)氣相沉積方法，研究在銅箔表面制備高質(zhì)量石墨烯薄膜，使用拉曼光譜儀、場發(fā)射掃描電子顯微鏡等對(duì)石墨烯進(jìn)行表征。石墨烯制備過程中影響因素較多，本論文在保持生長溫度、退火時(shí)間、生長時(shí)間等不變的條件下，研究碳源氣體甲烷與氫氣濃度

2、比對(duì)石墨烯質(zhì)量、層數(shù)等影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)甲烷與氫氣流量比為1∶20時(shí)，銅(111)襯底形成石墨烯的2D峰與G峰積分強(qiáng)度比(I2D/IG)值為2.75，D峰與G峰積分強(qiáng)度比(ID/IG)值為0.41，表明形成的石墨烯薄膜層數(shù)單一，缺陷較少，為本實(shí)驗(yàn)中最佳工藝參數(shù)。并且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甲烷濃度低、氫氣濃度高與甲烷濃度高、氫氣濃度低兩種極端情況均會(huì)導(dǎo)致石墨烯趨向于多層生長。當(dāng)甲烷濃度低、氫氣濃度高時(shí)，石墨烯的邊緣與氫原子共價(jià)化合，甲烷裂解出的

3、碳原子擴(kuò)散到石墨烯與銅表面間區(qū)域，形成“倒金字塔”型多層石墨烯;當(dāng)甲烷濃度高、氫氣濃度低時(shí)，多余活性碳原子有一定幾率在最初石墨烯形核點(diǎn)二次形核生長，并導(dǎo)致多層石墨烯的出現(xiàn)。同時(shí)，隨甲烷濃度的增加，石墨烯的缺陷類型由邊緣缺陷向晶界缺陷轉(zhuǎn)變。因此，石墨烯的生長過程是在甲烷與氫氣共同作用下完成。
　　此外，本論文簡要研究了銅(111)與銅(200)晶面對(duì)石墨烯成膜質(zhì)量影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在相同條件下，銅(111)晶面生長的石墨烯薄膜缺陷