化学气相沉积法制备石墨烯、转移和表征研究
发布时间：2020-08-07 10:52
【摘要】：石墨烯以其优异的物理和化学特性,引发了科学界和商业界的极大的瞩目,随着石墨烯在各个领域的广泛应用,对石墨烯的研究也越加深入,仍有需要解决的问题如石墨烯的可控层数的生长、石墨烯转移工艺的优化,还有快速表征石墨烯层数等等。本文主要针对石墨烯的生长、转移和数字化表征做了相关的研究工作,得到如下结果:金属铜箔衬底是最适于制备高质量的石墨烯,铜箔的表面质量对石墨烯的生长有重要影响,粗糙的表面和杂质不仅会增大石墨烯的成核密度,还会引入更多的缺陷。我们通过抛光、退火处理获得清洁、平整铜箔衬底表面,有效降低了石墨烯晶畴的成核密度,减少了石墨烯中的点状缺陷。随后,采用化学气相沉积(CVD)法生长石墨烯是沿着铜箔衬底表面结晶的方式生长的,优化生长参数中生长时间主要影响的是石墨烯的覆盖率和层数,优化生长参数中碳源流量决定了在单位时间内渗入铜箔衬底中的碳量,从而影响了石墨烯在铜箔表面的成核和生长。各项表征如光学显微镜、拉曼光谱等证实制备的石墨烯层数可控且石墨烯质量好、均匀性高。在常用的腐蚀衬底转移工艺基础上,我们改进腐蚀液的浓度,比较了不同腐蚀液对石墨烯的表面影响,选择了不会对石墨烯带来损伤的三氯化铁作为腐蚀溶液。同时将石墨烯转移至目标衬底后引入加热步骤,实验证明通过缓慢加热能有效的加强石墨烯和目标衬底贴合。退火步骤能够进一步的去除残留物质,提高了石墨稀的转移质量。通过制备石墨烯的霍尔器件测量其载流子迁移率,验证了优化后的转移工艺可以保证石墨烯的完整性同时具有较高的清洁度。使用热释放胶带成功的干法转移了单晶石墨烯和石墨烯连续薄膜,这种新颖的干法转移工艺,避免了腐蚀金属铜箔的步骤,节省了金属材料,使转移工艺更加环保。通过原子力显微镜的表征这种转移工艺使石墨烯的褶皱明显较少,拥有更高的表面平整度。对石墨烯的层数和层数分布率的数字化表征,结合光学显微镜CCD成像系统和MATLAB软件运算,避免了常规层数表征手段中对石墨烯结构的破坏和长时间的测试,实现了对石墨烯层数的快速判断和层数分布律直观、充分、丰富的三维可视化表达,使人们对石墨烯的层数及其分布率得到整体的、准确的理解,这种数字化表征手段方便,快捷且可靠。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11
【图文】：
上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 引言人类的祖先钻木取火，为人类文明开启了新纪元，也使人类有别于其他动物。碳（C）是构成木的主要元素，它既是组成有机生命的最小的单元，也能组成自然界硬度最高的材料，且在地球中的储量极其丰富。在化学元素周期表中，碳元素是第四主族的非金属元素，它的最外层电子层排布 4 个电子，所以自然界中的碳有多种同素异构体，而且存在稳定，如图 1 所示。随着碳元素的特殊物理性质被发现，科学家进行了系统的深入研究，低维碳纳米材料如零维的富勒烯、一维的碳纳米材料、二维的石墨烯等相继被发现[1] [2] [3]，可以预言未来的时代有可能是碳时代。
年诺贝尔物理学奖的获得者安德烈·海姆（左）和康斯坦丁·诺沃[6]Fig.2 Andre Geim(left) and KonstantinNovoslov(right),2010 Nobel Prize Laureates in physics[6]结构和性质晶格结构呈现为六边形的蜂窝状，碳原子以 sp2杂化轨道二维平面材料[7]，其 C-C 键长约为 0.412nm，不同原子层德瓦尔斯力。作为 sp2杂化碳材料的基本组成单元，石墨同素异构体的母体材料，因为它可以成为零度（0D）,卷成一维（1D）的碳纳米管（carbon nanotube/CNT）,裁on）或是三维（3D）堆积的石墨（graphite），如图 3 所
图 2 2010 年诺贝尔物理学奖的获得者安德烈·海姆（左）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（右[6]Fig.2 Andre Geim(left) and KonstantinNovoslov(right),2010 Nobel Prize Laureates in physics[6]1.2 石墨烯的结构和性质石墨烯的晶格结构呈现为六边形的蜂窝状，碳原子以 sp2杂化轨道组成一个原子层厚度的二维平面材料[7]，其 C-C 键长约为 0.412nm，不同原子层间的相互作用主要是范德瓦尔斯力。作为 sp2杂化碳材料的基本组成单元，石墨烯可以作为其他维度碳同素异构体的母体材料，因为它可以成为零度（0D）的富勒烯（fullerenes）,卷成一维（1D）的碳纳米管（carbon nanotube/CNT）,裁剪成纳米带（nano-ribbon）或是三维（3D）堆积的石墨（graphite），如图 3 所示[11]。
本文编号：2783885
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11
【图文】：
上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 引言人类的祖先钻木取火，为人类文明开启了新纪元，也使人类有别于其他动物。碳（C）是构成木的主要元素，它既是组成有机生命的最小的单元，也能组成自然界硬度最高的材料，且在地球中的储量极其丰富。在化学元素周期表中，碳元素是第四主族的非金属元素，它的最外层电子层排布 4 个电子，所以自然界中的碳有多种同素异构体，而且存在稳定，如图 1 所示。随着碳元素的特殊物理性质被发现，科学家进行了系统的深入研究，低维碳纳米材料如零维的富勒烯、一维的碳纳米材料、二维的石墨烯等相继被发现[1] [2] [3]，可以预言未来的时代有可能是碳时代。
年诺贝尔物理学奖的获得者安德烈·海姆（左）和康斯坦丁·诺沃[6]Fig.2 Andre Geim(left) and KonstantinNovoslov(right),2010 Nobel Prize Laureates in physics[6]结构和性质晶格结构呈现为六边形的蜂窝状，碳原子以 sp2杂化轨道二维平面材料[7]，其 C-C 键长约为 0.412nm，不同原子层德瓦尔斯力。作为 sp2杂化碳材料的基本组成单元，石墨同素异构体的母体材料，因为它可以成为零度（0D）,卷成一维（1D）的碳纳米管（carbon nanotube/CNT）,裁on）或是三维（3D）堆积的石墨（graphite），如图 3 所
图 2 2010 年诺贝尔物理学奖的获得者安德烈·海姆（左）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（右[6]Fig.2 Andre Geim(left) and KonstantinNovoslov(right),2010 Nobel Prize Laureates in physics[6]1.2 石墨烯的结构和性质石墨烯的晶格结构呈现为六边形的蜂窝状，碳原子以 sp2杂化轨道组成一个原子层厚度的二维平面材料[7]，其 C-C 键长约为 0.412nm，不同原子层间的相互作用主要是范德瓦尔斯力。作为 sp2杂化碳材料的基本组成单元，石墨烯可以作为其他维度碳同素异构体的母体材料，因为它可以成为零度（0D）的富勒烯（fullerenes）,卷成一维（1D）的碳纳米管（carbon nanotube/CNT）,裁剪成纳米带（nano-ribbon）或是三维（3D）堆积的石墨（graphite），如图 3 所示[11]。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 姚雅萱;任玲玲;高思田;赵迎春;高慧芳;陶兴付;;石墨烯层数测量方法的研究进展[J];化学通报;2015年02期
本文编号：2783885
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