石墨烯的CVD法制備及其H2刻蝕現(xiàn)象研究.pdf

1、由于石墨烯具有的獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)等方面的性質(zhì)，使得其在光電子器件、復(fù)合材料和儲(chǔ)能器件等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。與其他制備石墨烯的方法相比，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法在過(guò)渡族金屬上制備大面積可轉(zhuǎn)移的石墨烯薄膜有著明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，由于受到石墨烯生長(zhǎng)條件以及成核機(jī)制的限制，CVD法制備的石墨烯薄膜在提高質(zhì)量以及均勻性等方面面臨巨大挑戰(zhàn)。而材料的制備是系統(tǒng)研究其性能并且成功應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。本論文基于CVD法的石墨烯制備（以

2、鉬膜和銅箔為襯底）和表征，所開展的主要工作和得到的結(jié)論如下:
　　1.利用自行改裝的CVD設(shè)備，在鉬膜襯底上成功制備出高質(zhì)量的石墨烯薄膜。拉曼光譜測(cè)試結(jié)果證明了生長(zhǎng)時(shí)間、降溫速率和鉬膜厚度對(duì)生長(zhǎng)的石墨烯質(zhì)量有很大影響。通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)時(shí)間(15min)和降溫速率(10℃/s)，在200nm厚的鉬膜上獲得了IG/I2D約為0.26、半高寬約為30.4cm-1的石墨烯薄膜。并且證明了鉬基上石墨烯的生長(zhǎng)機(jī)理為碳的溶解析出機(jī)制。
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3、.通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)銅襯底的表面形態(tài)，例如粗糙度和晶界對(duì)石墨烯的成核有著重要影響。通過(guò)對(duì)銅箔進(jìn)行機(jī)械化學(xué)拋光，降低了銅箔表面的粗糙度，在拋光后的銅箔上生長(zhǎng)石墨烯，大大降低了石墨烯的成核密度。掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡顯示石墨烯優(yōu)先在銅的晶界和表面劃痕處成核。在拋光后的銅襯底上生長(zhǎng)出了六角單晶石墨烯晶疇，并且通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)參數(shù)提高了晶疇的大小。通過(guò)兩步合成法在拋光的銅襯底上生長(zhǎng)出連續(xù)的石墨烯薄膜，霍爾測(cè)試結(jié)果顯示其電學(xué)特性遠(yuǎn)優(yōu)于在未拋光銅襯

4、底上生長(zhǎng)的石墨烯薄膜。
　　3.對(duì)CVD方法生長(zhǎng)的六角形石墨烯晶疇在常壓下進(jìn)行氫氣刻蝕，觀察到氫氣刻蝕在石墨烯表面產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)狀和線狀結(jié)構(gòu)的刻蝕條紋，并且刻蝕條紋的密度和寬度隨著刻蝕時(shí)間的增加而增大。經(jīng)過(guò)電子背向散射衍射(EBSD)測(cè)試，證明了刻蝕條紋的形態(tài)與銅襯底面的晶向有關(guān)，不同的晶向可導(dǎo)致刻蝕條紋不同的形狀和密度。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證明了刻蝕條紋是由于降溫過(guò)程中形成的褶皺產(chǎn)生氫化現(xiàn)象引起的。此外，通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，