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特的晶體結構、優(yōu)異的電學、光學等方面的性質，使得其在光電子器件、復合材料和儲能器件等領域有著廣闊的應用前景。與其他制備石墨烯的方法相比，利用化學氣相沉積(CVD)法在過渡族金屬上制備大面積可轉移的石墨烯薄膜有著明顯的優(yōu)勢。但是，由于受到石墨烯生長條件以及成核機制的限制，CVD法制備的石墨烯薄膜在提高質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用的前提和基礎。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論如下:
　　1.利用自行改裝的CVD設備，在鉬膜襯底上成功制備出高質量的石墨烯薄膜。拉曼光譜測試結果證明了生長時間、降溫速率和鉬膜厚度對生長的石墨烯質量有很大影響。通過優(yōu)化生長時間(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機理為碳的溶解析出機制。
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3、.通過實驗對比，發(fā)現(xiàn)銅襯底的表面形態(tài)，例如粗糙度和晶界對石墨烯的成核有著重要影響。通過對銅箔進行機械化學拋光，降低了銅箔表面的粗糙度，在拋光后的銅箔上生長石墨烯，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出了六角單晶石墨烯晶疇，并且通過優(yōu)化生長參數(shù)提高了晶疇的大小。通過兩步合成法在拋光的銅襯底上生長出連續(xù)的石墨烯薄膜，霍爾測試結果顯示其電學特性遠優(yōu)于在未拋光銅襯

4、底上生長的石墨烯薄膜。
　　3.對CVD方法生長的六角形石墨烯晶疇在常壓下進行氫氣刻蝕，觀察到氫氣刻蝕在石墨烯表面產生了網(wǎng)絡狀和線狀結構的刻蝕條紋，并且刻蝕條紋的密度和寬度隨著刻蝕時間的增加而增大。經過電子背向散射衍射(EBSD)測試，證明了刻蝕條紋的形態(tài)與銅襯底面的晶向有關，不同的晶向可導致刻蝕條紋不同的形狀和密度。通過對比實驗，證明了刻蝕條紋是由于降溫過程中形成的褶皺產生氫化現(xiàn)象引起的。此外，通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，