常壓CVD法制備均勻石墨烯薄膜的工藝優(yōu)化及其在金屬防護(hù)中的應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯，一種由單層碳原子構(gòu)成的具有六邊型類似蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的二維晶體，作為目前最薄的二維材料，其所擁有的超大比表面積、優(yōu)異的透光性、導(dǎo)電性、熱導(dǎo)率以及力學(xué)性能等使其在晶體管、透明電極、傳感器等多個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。而化學(xué)氣相沉積法（CVD法）作為制備石墨烯的方法之一，因操作簡易，可控層性強(qiáng)并且制備出的石墨烯薄膜面積大、缺陷少，具有較高的透光性和導(dǎo)電性而被廣泛應(yīng)用于石墨烯的生產(chǎn)中。相應(yīng)生長機(jī)理及生長工藝已經(jīng)發(fā)展較為成熟，但如何實(shí)現(xiàn)工

2、業(yè)化石墨烯薄膜的大面積、高質(zhì)量的常壓可控生長仍然是研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)階段制備石墨烯薄膜的設(shè)備主要集中于小型化CVD管式爐，對石墨烯薄膜的生長也主要集中于實(shí)驗(yàn)階段的生長并沒有突破小型化的弊端，這樣極大程度限制了薄膜的大規(guī)模生長；后期轉(zhuǎn)移過程中，也主要是以腐蝕基底為主，這樣不僅會引入雜質(zhì)顆粒更因?yàn)橹亟饘俚呐欧哦斐蓪Νh(huán)境的污染。
　　為此，本研究探討了在常壓下利用工業(yè)用管式爐沉積銅基石墨烯薄膜以及采用電解法轉(zhuǎn)移薄膜至目標(biāo)基底的工藝方案,并且

3、在工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上制備了均勻高質(zhì)量的石墨烯薄膜。最后還探討了石墨烯薄膜在金屬防護(hù)中的應(yīng)用，集合石墨烯薄膜的兩種制備方法，CVD法以及氧化還原法在基底銅箔表面制備石墨烯薄膜，大幅度提高了基底銅箔的抗氧化性能。主要成果如下：
　　1.采用常壓CVD法制備石墨烯薄膜的過程中，通過對生長階段H2/Ar流量、C2H2流量、生長時(shí)間以及生長溫度四個(gè)方面因素進(jìn)行變量控制，得到了最佳沉積工藝。即在H2/Ar流量1000/3000sccm、C2H2

4、流量10sccm、生長時(shí)間10min、生長溫度1000℃的條件下可以獲得質(zhì)量優(yōu)良少層的石墨烯薄膜。
　　2.氣流分配管的設(shè)置大幅度改善了石墨烯薄膜在大面積生長過程中不均勻的狀態(tài)，先導(dǎo)氣體乙炔通過氣流分配管可以比較均勻的分配到反應(yīng)室沉積區(qū)，使得沉積石墨烯薄膜厚度均勻性得到提高。
　　3.采用電解轉(zhuǎn)移法分離石墨烯薄膜時(shí)，通過對影響分離效果的多種因素研究，表明在一定范圍內(nèi)，旋涂時(shí)間越短、涂層越厚、電壓越高、電解液濃度越大則薄膜與基

5、底的分離所需時(shí)間越短，分離越容易。
　　4.在最佳沉積及轉(zhuǎn)移工藝基礎(chǔ)下，在銅襯底上制備了透過率93％，方塊電阻350Ω/□，層數(shù)為3層的較大面積均勻石墨烯薄膜。
　　5.在石墨烯薄膜的抗氧化性能應(yīng)用中，通過采用氧化還原法、CVD法以及兩者結(jié)合的方法在基底銅箔表面制備石墨烯薄膜，分別研究了它們對保護(hù)銅箔抗氧化性能的影響，研究結(jié)果表明沉積r-GO膜和沉積GP膜旳銅箔在氧化后，銅表面均有氧化物生成，且r-GO膜覆蓋時(shí)的氧化速率大于