文档介绍：大面积高质量石墨烯的制备与表征
中文摘要
石墨烯由于其独特的物理化学性质,自 2004 年发现之后受到人们广泛的关注和研究。无论是科学研究还是工业应用,制备较大面积的单层石墨烯都是一个亟待解决的问题。制备石墨烯的方法很多,目前常见的有机械剥离法、外延生长法、氧化还原法、化学气相沉积法(CVD)等等。其中 CVD 方法的发展最为迅速,是目前制备大面积石墨烯的主要方法。然而如何利用 CVD 方法提高石墨烯生长的质量以及实现层数的可控生长仍然还是一个难题。在以铜(Cu)和镍(Ni)为代表的催化金属上, 石墨烯的生长过程和机理也还没有完全研究清楚。围绕上述问题,本文系统研究了生长条件、衬底材料对石墨烯形成的影响规律,讨论了大面积单层石墨烯形成的基本条件,论文主要分如下几章内容详细讨论:
第一章:介绍了石墨烯的发现过程,以及石墨烯的基本结构和性质,对目前石墨烯的主要制备方法以及应用前景做了回顾和总结。并由此确定了本论文的工作安排。
第二章:介绍并分析了表征石墨烯的主要技术手段和方法,包括:光学显微镜
(Optical Microscope, OM),扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM), 透射电子显微镜( Transmission Electron Microscope, TEM ), 拉曼光谱( Raman Spectrum)以及原子力显微镜(Atom Force Microscope, AFM)。
第三章:利用常压 CVD 方法在铜箔上实现大面积高质量石墨烯的层数可控生长研究。通过实验对比,厘清了几种主要条件参数包括降温时 H2 流量、生长温度、甲烷浓度以及生长时间等对石墨烯生长的影响;并通过机理分析和建立模型,加深了对石墨烯在铜上的形成过程的认识。研究发现,通过控制甲烷的浓度就能实现石墨烯层数的可控生长。并在实验上验证了制备大面积高质量单层石墨烯的生长条件。
第四章:对镍上石墨烯生长的问题进行了讨论和研究。由于镍上石墨烯的形成机理与铜不一样,本章主要针对几个镍特有的影响较大的关键条件进行了实验研究和分
析,如石墨烯的不均匀性、甲烷浓度、镍金属厚度、降温速率等。实验上通过选择优
化条件在镍金属上制备出了大面积的单层和少层石墨烯。关键字:石墨烯化学气相沉积(CVD) 拉曼光谱电子显微镜
作 者:黄奎指导教师:曹冰
徐科
Abstract
Owing to its unique physical and chemical properties, graphene has attracted much attention and been studied world widely since it was first found in 2004. Either for scientific research or industrial applications, synthesis of large-area high-quality graphene is an extremely urgent task. Many methods have been introduced recently, such as mechanical exfoliation, thermal position, oxide & reduction and chemical vapor deposition (CVD). Among them, CVD is the fastest-growing one, and has e the main method for synthesizing large-area graphene in industry. However, the layer- controlled growth of high-quality graphene by CVD method still remains a challenge. The growth processes and mechanism are not pletely understood on catalytic metals represented by copper and nickel. Targeted on the issues mentioned above, the impact of growth conditions and substrate materials to the growth of single-layer graphene were studied systematically in this paper. More details anized in t