化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯生長機制的理論研究.pdf

1、石墨烯豐富而優(yōu)異的物理特性使其在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。為實現(xiàn)石墨烯的工業(yè)化應(yīng)用，制備出大面積高質(zhì)量的石墨烯是核心前提。在眾多制備石墨烯的方法中，過渡金屬催化的化學(xué)氣相沉積法(CVD)獨具優(yōu)勢，最有前途，相關(guān)研究一直在蓬勃發(fā)展。然而，CVD制備的石墨烯質(zhì)量仍有很大不足，合成工藝需進一步提高。因?qū)嶒灡碚魇侄蔚认拗疲挥性谠映叨壬吓迨〤VD生長過程的微觀機制，才能更好地提高石墨烯的生長技術(shù)，從而實現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯的大規(guī)?？煽刂苽?/p>

2、。
　　本文采用經(jīng)典分子動力學(xué)方法，結(jié)合密度泛函理論計算，從三個方面研究了石墨烯CVD生長的微觀動力學(xué)機制，具體內(nèi)容包括：⑴石墨烯在金屬催化劑臺面的成核與生長過程。通過研究在鎳臺面不同碳濃度和溫度下石墨烯的成核和生長發(fā)現(xiàn)，在低的碳濃度下表面碳原了只是溶解到鎳襯底里，而在高的碳濃度下石墨烯島才會形成。其次，在溫度大約1000K下通過有效的缺陷退火，石墨烯島的質(zhì)量得到顯著改善。此外，石墨烯島通過捕獲周邊的碳原子逐漸長大，在長大過程中由

3、于其具有自愈能力在島邊緣形成了更多的六元環(huán)。⑵石墨烯在金屬催化劑臺階表面的缺陷愈合過程。通過研究在鎳臺階表面石墨烯的成核發(fā)現(xiàn)，若襯底沒有鎳原子被拉出表面，則臺階表面上石墨烯的成核機制與臺面上的情況相同。但是，若襯底有鎳原子被拉出表面，涉及到這些被拉出表面的鎳原子的缺陷(D-Ni缺陷)在臺階原子的幫助下能夠被很好的愈合，而在臺面上卻很難被愈合。與臺面相比，臺階的存在能夠明顯的降低D-Ni缺陷的愈合勢壘，從而促使這一缺陷的快速愈合。⑶石墨烯