直接在石英表面生长石墨烯及其气敏特性研究

摘要

近年来化学气相沉积(CVD)生长石墨烯的研究发展迅速。由于使用CVD的方法可以获得高质量大面积的石墨烯，使其在诸多制备方式中脱颖而出。但CVD生长需要利用金属催化，所得的石墨烯需要经过一系列复杂的转移过程才能使用。因此，直接生长在诸如石英等非金属衬底上的石墨烯，更具有工业应用前景和研究价值。同时，石墨烯的优异性能也使得他可用于制作气敏材料。基于上述问题，本文将通过以下几章内容逐步讨论。
　　本文的第一章主要介绍了石墨烯的特性，并对利用化学气相沉积(CVD)方法在石英及其他非金属衬底表面生长石墨烯的研究做了综述。另外，本章还对其化学敏感特性的研究进展进行了回顾和总结。同时提出了本论文的研究目标和研究内容。
　　第二章主要介绍了用于表征石墨烯的各种手段，如拉曼光谱（Raman Spectrum），扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)，透射电子显微镜(Transmission electron microscope)，原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)，方块电阻测试仪和紫外-可见-近红外光度计(UV-VIS-NIR Spectrophotometer，NKD-8000)等。
　　第三章介绍了利用等离子体刻蚀技术处理衬底，将石墨烯直接沉积在石英表面的生长方法。并通过控制等离子体刻蚀的时间、气体流量及温度等参数，优化整个生长过程。同时，本章节还研究了其生长机理，并且发现:对石英表面进行氧等离子体刻蚀后，可以使衬底表面的氧含量增加，同时提高其表面的粗糙度产生纳米颗粒，在沉积过程中增强了对乙炔分子的吸附能力，进而将石墨烯沉积在石英表面。通过这种方法生长的石墨烯表面均匀、连续，拥有较高的透过率（约95.3％）和较低的表面电阻（约4.6kohmsq-1），优于绝大多数直接生长的石墨烯。
　　第四章主要对直接生长在石英衬底上的石墨烯的化学敏感特性进行了测试。利用自制的测试腔体，通过测量不同浓度二氧化氮(NO2)环境下的样品电阻，可以得到样品的响应率。结果表明，直接生长在石英衬底上的CVD石墨烯比金属催化生长的CVD石墨烯有着更为出色的气敏特性，尤其对于低浓度的分析物，也能够产生较明显的响应。
　　第五章主要是对上述工作的总结和未来工作的展望。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 石墨烯的基本性质

1．3 直接在衬底上生长石墨烯的研究进展

1．4 石墨烯的气敏特性的研究进展

1．5 研究目标

1．6 研究内容

参考文献

第二章 石墨烯薄膜的检测及性能测试方法

2．1 纳米薄膜材料表征技术

2．1．1 拉曼光谱

2．1．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．1．3 原子力显微镜(AFM)

2．1．4 透射电子显微镜(TEM)

2．1．5 X射线光电子能谱(XPS)

2．2 纳米薄膜材料性能测量

2．2．1 电学性能的测量

2．2．2 光学性能的测量

2．2．3 气体化学敏感性能的测量

参考文献

第三章 直接在石英上生长石墨烯及其生长机理探究

3．1 在石英上生长石墨烯的制备

3．1．1 生长原料和器材的准备

3．1．2 石墨烯的生长流程

3．1．3 小结

3．2 石英衬底表面生长石墨烯的机制及性能

3．2．1 石英(SiO2)衬底表面的等离子处理

3．2．2 石墨烯在石英表面的生长机制

3．2．3 小结

参考文献

第四章 直接生长在石英表面的石墨烯气敏特性探究

4．1 气敏原件制作

4．1．1 直接生长在石英表面石墨烯气敏原件的制作

4．1．2 铜催化CVD石墨烯气敏原件的制备

4．2 石墨烯的气敏特性测试

4．2．1 气敏特性测试系统

4．2．2 石墨烯的气敏特性测试

4．2．3 石墨烯气敏原件响应机理

4．3 小结

参考文献

第五章 总结和展望

硕士期间主要研究成果

致谢

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