超大面積石墨烯化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)、性質(zhì)及應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯及其相關(guān)材料因?yàn)槠鋬?yōu)異的物理、化學(xué)性質(zhì)在高速計(jì)算芯片、復(fù)合材料、平板顯示、儲(chǔ)能元件等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。不同于傳統(tǒng)材料，人們對(duì)這種具有蜂窩結(jié)構(gòu)的二維晶體還知之甚少；其生長(zhǎng)、表征還是世界性的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)；其應(yīng)用方面的研究也有待深入拓展。本論文圍繞石墨烯生長(zhǎng)、表征以及應(yīng)用三大方面內(nèi)容，結(jié)合化學(xué)氣相沉積技術(shù)、微區(qū)Raman光譜技術(shù)、光學(xué)電學(xué)性能測(cè)試技術(shù)，著重從單層、多層石墨烯化學(xué)氣相沉積制備、熱輸運(yùn)性質(zhì)表征、石墨烯抗氧化性以及石墨

2、烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管應(yīng)用等方面開展了全面的研究，主要取得如下研究成果：
　　 石墨烯生長(zhǎng)方面，采用目前最先進(jìn)的化學(xué)氣相沉積制備技術(shù)，在Cu表面實(shí)現(xiàn)晶粒尺寸可控的石墨烯生長(zhǎng)；利用同位素追蹤技術(shù)研究其生長(zhǎng)機(jī)理；提出應(yīng)用熱氧化法直接在Cu襯底表面表征石墨烯的單晶尺寸及其缺陷密度；首次提出在Ni-Cu合金襯底上采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備石墨烯；觀察到石墨烯生長(zhǎng)的襯底晶向關(guān)聯(lián)行為；成功制備了可控厚度從亞單層到19nm的大面積亞單層、單層、大部分雙

3、層、多層石墨烯以及超薄石墨；研究了層厚關(guān)聯(lián)的光學(xué)、電學(xué)特性。
　　 石墨烯表征方面，提出其熱輸運(yùn)的非接觸光學(xué)測(cè)量新方法，實(shí)現(xiàn)真空和氣體環(huán)境下，石墨烯熱導(dǎo)率的準(zhǔn)確測(cè)量，并發(fā)現(xiàn)了石墨烯和氣體的熱交換規(guī)律；測(cè)量不同幾何尺寸(2.9-9.7微米直徑)懸空石墨烯的熱導(dǎo)率，初步探討二維石墨烯熱導(dǎo)率與尺寸的依賴關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著石墨烯尺寸增加其熱導(dǎo)率緩慢增加，其變化趨勢(shì)應(yīng)證了理論預(yù)測(cè)的二維體系熱導(dǎo)率與橫向尺寸的對(duì)數(shù)關(guān)系。
　　 石墨烯應(yīng)用

4、方面，首次提出把石墨烯作為金屬表面防護(hù)層，并應(yīng)用到抗氧化、抗腐蝕的領(lǐng)域。測(cè)試了石墨烯在高溫氧化氣體介質(zhì)和強(qiáng)氧化劑溶液中的抗氧化性能；測(cè)試了酸鹽溶液中石墨烯的抗腐蝕性能；討論了石墨烯缺陷、晶界對(duì)抗氧化、抗腐蝕性能的影響。此外，在電子器件應(yīng)用方面，首次提出表面金屬摻雜技術(shù)，對(duì)石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的載流子濃度和極性進(jìn)行調(diào)控；探討石墨烯效應(yīng)晶體管在傳感器等方面的應(yīng)用，系統(tǒng)研究極性分子(例如NH3)在石墨烯表面的吸附、解吸附以及電場(chǎng)誘發(fā)的翻轉(zhuǎn)行為。