化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯及其結(jié)構(gòu)、性能調(diào)變.pdf

1、石墨烯是由碳原子以六元環(huán)結(jié)構(gòu)周期性排列而構(gòu)成的二維單層結(jié)構(gòu)。石墨烯具有獨(dú)特的電子和能帶結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出了一系列新穎獨(dú)特的性質(zhì)，如量子霍爾效應(yīng)、可調(diào)節(jié)的帶寬、極高的電子遷移率、相當(dāng)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(yáng)能電池等眾多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，甚至可能成為制造衛(wèi)星、飛機(jī)、汽車的高性能復(fù)合材料的組成部分。但是要實(shí)現(xiàn)墨烯的實(shí)際應(yīng)用，需要實(shí)現(xiàn)它的大規(guī)模、大面積和可控制備。在眾多制備方法當(dāng)中，化學(xué)氣相沉積法(C

2、VD)是最有可能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。在CVD方法中，影響石墨烯生長(zhǎng)的因素包括襯底的類型、生長(zhǎng)溫度、壓力、碳源以及生長(zhǎng)時(shí)間等因素。通過(guò)改變這些因素，有望對(duì)石墨烯的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，從而制備出不同層數(shù)、類型和質(zhì)量的石墨烯。這對(duì)石墨烯的電子結(jié)構(gòu)調(diào)變，探索新性能，并最終促進(jìn)石墨烯的應(yīng)用具有重要意義。本論文在石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備及其結(jié)構(gòu)性能的調(diào)控等方面取得了一定的進(jìn)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(qū)物在銅基底上制備出了高質(zhì)量大面積的石墨烯薄膜，并且通過(guò)拉曼光譜、透射電子顯微鏡等儀器對(duì)石墨烯進(jìn)行了全面的表征，掌握了石墨烯的表征技術(shù)。此外，我們實(shí)現(xiàn)了將石墨烯轉(zhuǎn)移到二氧化硅、PET等多種襯底上，掌握了石墨烯的轉(zhuǎn)移技術(shù)，為后續(xù)涉及石墨烯的課題研究提供了材料來(lái)源和技術(shù)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(nèi)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(shù)研究了生長(zhǎng)溫度對(duì)非晶石墨烯薄膜的層數(shù)和結(jié)晶度的影響，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)改變生長(zhǎng)溫度來(lái)調(diào)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(dǎo)率小于1×10-3S/cm。
　　3.在掌握非晶石墨烯的基礎(chǔ)上，我們通過(guò)將前驅(qū)體苯改為吡啶制備出了非晶氮摻雜石墨烯，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)改變生長(zhǎng)溫度對(duì)氮摻雜非晶石墨烯薄膜的層數(shù)調(diào)控。制備的氮摻雜非晶石墨烯中氮碳原子比（N:C）在0.085