常压CVD法制备均匀石墨烯薄膜的工艺优化及其在金属防护中的应用研究
发布时间：2020-07-26 21:57
【摘要】：石墨烯,一种由单层碳原子构成的具有六边型类似蜂窝状网格结构的二维晶体,作为目前最薄的二维材料,其所拥有的超大比表面积、优异的透光性、导电性、热导率以及力学性能等使其在晶体管、透明电极、传感器等多个领域有着广阔的应用前景。而化学气相沉积法(CVD法)作为制备石墨烯的方法之一,因操作简易,可控层性强并且制备出的石墨烯薄膜面积大、缺陷少,具有较高的透光性和导电性而被广泛应用于石墨烯的生产中。相应生长机理及生长工艺已经发展较为成熟,但如何实现工业化石墨烯薄膜的大面积、高质量的常压可控生长仍然是研究热点。现阶段制备石墨烯薄膜的设备主要集中于小型化CVD管式炉,对石墨烯薄膜的生长也主要集中于实验阶段的生长并没有突破小型化的弊端,这样极大程度限制了薄膜的大规模生长;后期转移过程中,也主要是以腐蚀基底为主,这样不仅会引入杂质颗粒更因为重金属的排放而造成对环境的污染。为此,本研究探讨了在常压下利用工业用管式炉沉积铜基石墨烯薄膜以及采用电解法转移薄膜至目标基底的工艺方案,并且在工艺优化的基础上制备了均匀高质量的石墨烯薄膜。最后还探讨了石墨烯薄膜在金属防护中的应用,集合石墨烯薄膜的两种制备方法,CVD法以及氧化还原法在基底铜箔表面制备石墨烯薄膜,大幅度提高了基底铜箔的抗氧化性能。主要成果如下:1.采用常压CVD法制备石墨烯薄膜的过程中,通过对生长阶段H2/Ar流量、C2H2流量、生长时间以及生长温度四个方面因素进行变量控制,得到了最佳沉积工艺。即在H2/Ar流量1000/3000sccm、C2H2流量10sccm、生长时间10min、生长温度1000℃的条件下可以获得质量优良少层的石墨烯薄膜。2.气流分配管的设置大幅度改善了石墨烯薄膜在大面积生长过程中不均匀的状态,先导气体乙炔通过气流分配管可以比较均匀的分配到反应室沉积区,使得沉积石墨烯薄膜厚度均匀性得到提高。3.采用电解转移法分离石墨烯薄膜时,通过对影响分离效果的多种因素研究,表明在一定范围内,旋涂时间越短、涂层越厚、电压越高、电解液浓度越大则薄膜与基底的分离所需时间越短,分离越容易。4.在最佳沉积及转移工艺基础下,在铜衬底上制备了透过率93%,方块电阻350Ω/□,层数为3层的较大面积均匀石墨烯薄膜。5.在石墨烯薄膜的抗氧化性能应用中,通过采用氧化还原法、CVD法以及两者结合的方法在基底铜箔表面制备石墨烯薄膜,分别研究了它们对保护铜箔抗氧化性能的影响,研究结果表明沉积r-GO膜和沉积GP膜e笸谘趸
本文编号：2771345
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