大面积石墨烯的制备研究

发布时间：2017-04-16 18:25

  本文关键词：大面积石墨烯的制备研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在过去几年中,石墨烯的研究报道广泛见诸报端。由于其高强度、高电导率、室温下的高电子迁移率、特殊的量子霍尔效应,使得石墨烯器件在未来有很大的发展空间,优秀的石墨烯器件需要高质量的石墨烯,怎样得到高质量的石墨烯是所有研究人员及本文的主题,本文主要针对石墨烯的生长和表征展开相应的工作:1、对采用传统的CVD方法制备石墨烯的工艺进行了研究。利用Cu箔作为催化剂衬底,进行CVD生长,生长完成后均匀旋涂PmmA胶并刻蚀催化剂衬底,进行转移后进行电阻率表征,测得方阻为1422?/□。2、在Si/Si O2基底上采用微波等离子体CVD方法直接生产石墨烯进行了创新性的探索研究。首先研究了以Cu作为催化剂时直接生产石墨烯的工艺参数进行研究,特别地,对甲烷和氢气流量比、生长温度、生长时间等核心参数对石墨烯的质量的影响进行了分析,并对工艺参数进行了优化,探索出了较优化的生长工艺条件。其次对了以Ni作为催化剂时直接生产石墨烯的工艺参数进行系统研究,并获得了最佳生产工艺参数。最后采用NiCu合金作为催化剂对生长石墨烯进行了工艺探索,获得了较理解的生长工艺条件。研究结果表明,采用Ni作为催化剂,可以在较低温度下生产的高质量的石墨烯。3、对采用不同催化剂制备的石墨烯进行了系统的电阻率测试和Raman表征。分析和表征结果表明:得出Cu催化剂的最佳生长温度为950℃,CH4流量为25sccm,H2流量为275 sccm,生长时间为7 min;Ni催化剂时的最佳生长温度为700℃,CH4流量为10 sccm,H2流量为275 sccm,生长时间为3 min;NiCu催化剂的最佳生产温度为950℃,CH4流量为25 sccm,H2流量为275 sccm,生长时间为7 min。4、将采用不同催化剂制备的石墨烯进行SEM表征,观察到表面的形貌平整,断裂较少,通过TEM及选区电子衍射图得出石墨烯的晶格完整,缺陷较少,论证实验参数的可行性。在随后进行石墨烯的光学透过率测试结果表明:波数500~4000cm-1光透过率在95%以上,表明石墨烯薄膜的高光学透过性。最后进行载流子迁移率的测量,得出石墨烯的高载流子迁移特性。
【关键词】：石墨烯 制备 CVD 表征 直接生长
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 石墨烯结构和潜在应用11-16
• 1.2.1 石墨烯的结构11-12
• 1.2.2 石墨烯的特性12-14
• 1.2.3 石墨烯的应用14-16
• 1.3 石墨烯制备的研究进展16
• 1.4 课题的提出16-17
• 1.5 本论文的主要研究内容17-18
• 第二章 石墨烯制备工艺的概述18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 石墨烯制备工艺简介18-22
• 2.2.1 机械剥离法18-19
• 2.2.2 化学气相沉积法19-20
• 2.2.3 印章切取转移印制法20
• 2.2.4 晶膜生长法20
• 2.2.5 SiC热解法20-21
• 2.2.6 有机合成法21-22
• 2.2.7 氧化还原法22
• 2.3 CVD法制备石墨烯原理概述22-25
• 第三章 大面积石墨烯的制备25-34
• 3.1 引言25
• 3.2 主要试剂与仪器25-26
• 3.3 传统的化学气相沉积方法制备石墨烯26-28
• 3.3.1 催化剂的清洗26
• 3.3.2 石墨烯的生长26-27
• 3.3.3 石墨烯的转移27
• 3.3.4 催化剂的刻蚀27
• 3.3.5 PmmA的去除27-28
• 3.4 改进的化学气相沉积方法制备石墨烯28-33
• 3.4.1 使用Cu催化剂制备大面积石墨烯28-32
• 3.4.1.1 基片的清洗28
• 3.4.1.2 在SiO2衬底基片上镀Cu催化剂膜28-30
• 3.4.1.3 在Cu催化剂上大面积石墨烯薄膜的制备30-31
• 3.4.1.4 催化剂的刻蚀31-32
• 3.4.2 使用Ni催化剂制备大面积石墨烯32
• 3.4.3 使用NiCu合金催化剂制备大面积石墨烯32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 石墨烯制备工艺对性能的影响研究34-69
• 4.1 引言34
• 4.2 主要试剂与仪器34-35
• 4.3 石墨烯Raman及方阻的表征35-60
• 4.3.1 石墨烯的Raman表征35-38
• 4.3.1.1 Raman表征的介绍35-37
• 4.3.1.2 Raman图谱的强度37
• 4.3.1.3 石墨烯Raman图谱峰值分析37-38
• 4.3.2 石墨烯薄膜的方阻表征介绍38-39
• 4.3.3 石墨烯薄膜的性能分析39-60
• 4.3.3.1 Cu催化剂的工艺参数研究39-46
• 4.3.3.2 Ni催化剂的工艺参数研究46-52
• 4.3.3.3 NiCu催化剂的工艺参数研究52-60
• 4.4 石墨烯的微观形貌分析60-62
• 4.4.1 石墨烯的扫描电子显微镜图60-61
• 4.4.2 石墨烯的透射电子显微镜图61-62
• 4.5 石墨烯的红外透射率图谱62-64
• 4.6 石墨烯的载流子迁移率测试64-67
• 4.7 本章小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 总结69-70
• 5.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的成果76-77

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