APCVD制备大面积单层石墨烯、三维石墨烯结构的研究

摘要

石墨烯，作为第一种被实验证实真正存在的二维材料，在材料科学领域具有举足轻重的地位。石墨烯由于其优秀的性能，如高导电性、高热稳定性、高热导率等性质，在光伏、能源、微电子等方面有广泛的应用，尤其是在微电子领域，更是被视为替代传统硅材料的最佳选择。但这一切的前提是大批量制备高质量石墨烯。综合考虑各种制备方法，气相沉积法被认为是最有潜力的制备高质量石墨烯的方法。
　　但是，气相沉积法制备石墨烯仍然存在一定的问题，绝大多数石墨烯生长制备实验需要低压环境，石墨烯在金属基底表面制备完成后需要再次转移等，这些仍需要进一步的深入研究。
　　针对目前的研究状况，本论文主要进行了以下两方面的工作。
　　针对低压气相沉积的固有缺点，探索采用常压气相沉积在铜箔基底上制备大面积单双层石墨烯。通过对文献的总结以及不断的实验优化，获得了优化后的合适实验气流参数。进一步采用两个瓷舟，构造准密闭空间，以实现对高温下铜基底蒸发的抑制，同时营造更稳定均匀的气流环境，最终在常压条件下制备获得大面积单层石墨烯，拉曼Maping证实样品单层率达到95％以上。
　　为了克服化学制备法获得的石墨烯粉末质量低、容易团聚等问题，采用常压气相沉积法在泡沫镍基底上制备三维石墨烯结构，同时兼顾气相沉积石墨烯的高质量和三维结构的高比表面积。通过实验优化，在低氢气、甲烷流量下制备同样获得三维石墨烯结构，去除基底泡沫镍后，样品无塌陷。拉曼结果证明，三维石墨烯结构样品厚度一般在四层左右。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 石墨烯性质

1．2．1 力学性质

1．2．2 电学性质

1．2．3 热学性质

1．2．4 表面吸附性质

1．2．5 其他性质

1．3 石墨烯制备方法

1．3．1 微机械剥离法

1．3．2 碳化硅裂解法

1．3．3 石墨氧化还原法

1．3．4 化学气相沉积法

1．4 石墨烯表征手段

1．4．1 光学显微镜

1．4．2 扫描电子显微镜(SEM)

1．4．3 透射电子显微镜(TEM)

1．4．4 拉曼光谱

1．4．5 原子力显微镜

1．5 石墨烯应用前景

1．5．1 石墨烯应用之透明电极

1．5．2 石墨烯应用之能源

1．5．3 石墨烯应用之微电子

1．6 本文的研究意义和主要工作

第二章 APCVD石墨烯制备研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 制备设备及表征仪器

2．2．3 实验步骤

2．3 实验结果及分析

2．3．1 温度对样品质量的影响

2．3．2 氢气流量对样品质量的影响

2．3．3 甲烷流量对样品质量的影响

2．3．4 APCVD法进一步的改进

2．4 本章小结

第三章 三维石墨烯结构APCVD制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 制备设备及表征仪器

3．2．3 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 总结与展望

4．1 论文总结

4．2 进一步的展望

参考文献

在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢