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石墨烯薄膜的化学气相沉积法制备及应用研究

发布时间:2016-09-15 11:11

  本文关键词:石墨烯薄膜的化学气相沉积法制备及应用研究,由笔耕文化传播整理发布。


《西南科技大学》 2015年

石墨烯薄膜的化学气相沉积法制备及应用研究

李良  

【摘要】:石墨烯是一种具有特殊结构和性质的新型纳米材料。因其具有超高的强度和硬度、极高的载流子迁移率、优异的室温热导率、良好的透光率和导电率等特性,在透明导电薄膜、锂离子电池、超级电容器、功能复合材料等诸多领域都具有广泛的应用前景。目前制备石墨烯的主要方法有机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法、外延生长法等,其中化学气相沉积法是制备大面积高质量石墨烯薄膜的重要方法。本论文从安全性、经济性着眼,提出了以乙醇为碳源的低氢常压化学气相沉积法制备石墨烯薄膜。本论文的研究内容主要包括:(1)通过对实验工艺条件的讨论,确定了以乙醇为碳源的低氢常压化学气相沉积法制备石墨烯薄膜的工艺过程及工艺参数。首先对实验设备进行改装以符合实验要求;然后通过控制实验参数制备出不同层数的石墨烯薄膜,并采用拉曼光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析测试手段对所制备的石墨烯薄膜的质量、形貌、结构进行了表征;最后通过设计实验对这种方法制备石墨烯薄膜的生长机理做出了研究。(2)采用基底刻蚀法转移石墨烯薄膜,确定了其工艺参数和过程;首次提出采用电化学转移法转移镍基多层石墨烯薄膜;基于长期试验观察提出自支撑转移法转移石墨烯薄膜,并将其应用到制备石墨烯/金属复合夹层材料及软X射线激光器滤光片用自支撑保护膜上。(3)基于自支撑转移法确定了制备石墨烯/金属复合材料的制备过程,并通过不同的制样方式获得了复合夹层材料的扫描电子显微镜图,并对其质量结构进行了研究。(4)基于石墨烯的可饱和吸收性制备基于石墨烯为功能相的石墨烯激光锁模器件,确定其工艺过程并对实验影响因素进行了探讨。最后通过对锁模效果的测试,分析了所制备的石墨烯锁模器件的性能。通过对上述内容展开的研究和分析,本文得到了以下几个方面的规律:(1)采用以乙醇为碳源的低氢常压化学气相沉积法能够制备出不同层数质量良好较大面积的石墨烯薄膜。(2)采用乙醇为碳源的低氢常压化学气相沉积法制备石墨烯薄膜的生长机理是,乙醇在高温条件下裂解出的碳原子向预热后向处于高化学活性的铜基底表面扩散迁移,铜在高温条件下主要起到类似催化剂的作用。当碳原子吸附到铜基底上后,开始在铜表面化学活性较高处形成晶核并开始生长。初始晶粒持续长大形成岛状晶畴,相邻晶畴接触后形成达微米量级的树枝状薄片。当石墨烯薄膜遇到铜表面晶界时,可以跨越铜基底表面晶界生长直至形成完整薄膜。(3)通过对实验结果的分析可知,基底刻蚀法是完好转移石墨烯的成熟方法。转移过程中旋涂PMMA的工艺参数为:4wt%PMMA/苯甲醚溶液,初转转速1000 r.p.m.,初转时间60 s,终转转数2000 r.p.m,终转时间120 s;电化学转移法能够应用于以镍为代表的生长多层石墨烯的金属基底上,分离时间与电流大小成正比关系。而当电流大于0.1A时,由于生成气泡速率过快极易导致薄膜破裂;自支撑转移法是转移少层石墨烯薄膜的一种简便方法,可以应用于软X射线激光器滤光片用自支撑保护膜及石墨烯基激光锁模器件的制备中。(4)采用层层组装方法可以制备出分层结构完好的石墨烯/Au复合夹层材料,为简化制备石墨烯/金属复合材料开辟了路径。(5)石墨烯薄膜作为功能相能够制备出激光锁模器件。石墨烯锁模器件端面的洁净程度对其锁模效果具有直接影响,而石墨烯薄膜在干燥过程中形成的褶皱则对锁模效果没有直接明显影响。

【关键词】:
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ127.11;TB383.2
【目录】:

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