异质“点籽晶”诱导生长石墨烯新方法研究
发布时间：2021-03-02 20:02
自2004年石墨烯报道以来,其优异的性能引起了科学界各个领域的关注。石墨烯是一种二维晶体材料,它独特的二维平面结构赋予它众多优良的电学特性。目前制备石墨烯的方法很多,化学气相沉积法（CVD）是实现高质量大面积石墨烯制备的最理想途径之一,但传统CVD方法是在铜箔上利用非相关成核点的自发成核生长来制备石墨烯,其产物为存在大量晶界的多晶石墨烯,限制了石墨烯优良电学性能的发挥,影响了其在微电子器件领域中的应用。为提高石墨烯的生长质量,发展石墨烯生长新方法是解决当前问题的关键。从降低石墨烯成核位点密度、单一晶向石墨烯晶畴相关联这两方面出发。本论文受传统晶体生长中籽晶法生长单晶材料的启发,在铜衬底上制备“点籽晶”来诱导生长石墨烯。诱导生长石墨烯一般可选择与生长物质同结构或结构类似的晶体材料。根据与石墨烯材质的异同可以分为同质籽晶和异质籽晶。本论文设计了在铜衬底上制备异质“点籽晶”（“CuO”和“BN”）来诱导生长石墨烯的新方法,通过抑制非相关成核位点的形成降低成核密度。研究了铜衬底的单晶化,实现在单晶铜衬底上规则趋向的石墨烯制备。主要研究内容和实验结果如下:1.CuO纳米晶对铜衬底上石墨烯成核及生...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１二维石墨烯作为基本单元组成其他维度的碳基材料［５］??根据层数的不同，可划分为单层、双层、多层石墨烯，层数大于十层??
??图１．１二维石墨烯作为基本单元组成其他维度的碳基材料［５］??根据层数的不同，可划分为单层、双层、多层石墨烯，层数大于十层??被定义为石墨。单层石墨烯的厚度值是〇．３４ｎｍ，然而对于多层石墨烯，实??验证明其层间的距离比理论值高，大约在０．５？０．７ｎｍ，并且科学研宄表明??石墨烯层数的改变，会导致其电子能带结构也会发生改变，单层和双层具??有相似的电子谱，石墨烯表现为零带隙特征，即所谓的价带顶部连接到导??带底部。而随着石墨烯层数的増加，层与层之间出现带隙，即价带与导带??之间会出现相互重叠的现象［６］。??０．１４?ｎｍ??＊？?？
所以碳化硅热解法得到的样品大部分用于绝缘衬底的微电子器件的??制备。??ＳｉＣ原位生长石墨烯的结构如图１．５所示，在石墨烯和ＳｉＣ生长衬底??之间会形成一层缓冲层，该缓冲层的存在能够明显降低石墨烯的电子迁移??率，使其在微电子领域的应用得到限制。因此，研宄去除缓冲层的方法成??为ＳｉＣ制备优质石墨烯的关键研宄课题。??Ｇｒａｐｈｅｎｅ??Ｂｕｆｆｅｒ?ｌａｙｅｒ?…??Ｓｉ－ｆａｃｅ?必??Ｃ－ｆａｃｅ??图１．５?ＳｉＣ衬底上生长石墨稀的结构不意图??１．２．３氧化还原法??氧化还原法是在一定的化学条件下，使石墨与强氧化剂发生氧化反应，??并在这个过程中会使石墨层间距增大，从而降低了石墨层之间的范德华力，??再通过超声膨胀的方式使氧化石墨层间分离，再将氧化石墨烯溶液进行化??学还原或高温还原处理，最终得到均匀性良好的石墨烯材料［２５］。该方法??使氧化石墨烯中含有羰基等含氧基团，这些基团的存在破坏了石墨烯的共??轭结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]抛光铜衬底表面形貌对CVD制备石墨烯的影响[J]. 冯伟,张建华,杨连乔. 功能材料. 2015(01)
[2]石墨烯传感器的研究进展[J]. 范军领. 材料导报. 2012(07)
[3]纯铜的氧化行为及影响因素[J]. 丁雨田,卢振华,胡勇,曹军,郭廷彪. 兰州理工大学学报. 2010(02)
本文编号：3059862
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１二维石墨烯作为基本单元组成其他维度的碳基材料［５］??根据层数的不同，可划分为单层、双层、多层石墨烯，层数大于十层??
??图１．１二维石墨烯作为基本单元组成其他维度的碳基材料［５］??根据层数的不同，可划分为单层、双层、多层石墨烯，层数大于十层??被定义为石墨。单层石墨烯的厚度值是〇．３４ｎｍ，然而对于多层石墨烯，实??验证明其层间的距离比理论值高，大约在０．５？０．７ｎｍ，并且科学研宄表明??石墨烯层数的改变，会导致其电子能带结构也会发生改变，单层和双层具??有相似的电子谱，石墨烯表现为零带隙特征，即所谓的价带顶部连接到导??带底部。而随着石墨烯层数的増加，层与层之间出现带隙，即价带与导带??之间会出现相互重叠的现象［６］。??０．１４?ｎｍ??＊？?？
所以碳化硅热解法得到的样品大部分用于绝缘衬底的微电子器件的??制备。??ＳｉＣ原位生长石墨烯的结构如图１．５所示，在石墨烯和ＳｉＣ生长衬底??之间会形成一层缓冲层，该缓冲层的存在能够明显降低石墨烯的电子迁移??率，使其在微电子领域的应用得到限制。因此，研宄去除缓冲层的方法成??为ＳｉＣ制备优质石墨烯的关键研宄课题。??Ｇｒａｐｈｅｎｅ??Ｂｕｆｆｅｒ?ｌａｙｅｒ?…??Ｓｉ－ｆａｃｅ?必??Ｃ－ｆａｃｅ??图１．５?ＳｉＣ衬底上生长石墨稀的结构不意图??１．２．３氧化还原法??氧化还原法是在一定的化学条件下，使石墨与强氧化剂发生氧化反应，??并在这个过程中会使石墨层间距增大，从而降低了石墨层之间的范德华力，??再通过超声膨胀的方式使氧化石墨层间分离，再将氧化石墨烯溶液进行化??学还原或高温还原处理，最终得到均匀性良好的石墨烯材料［２５］。该方法??使氧化石墨烯中含有羰基等含氧基团，这些基团的存在破坏了石墨烯的共??轭结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]抛光铜衬底表面形貌对CVD制备石墨烯的影响[J]. 冯伟,张建华,杨连乔. 功能材料. 2015(01)
[2]石墨烯传感器的研究进展[J]. 范军领. 材料导报. 2012(07)
[3]纯铜的氧化行为及影响因素[J]. 丁雨田,卢振华,胡勇,曹军,郭廷彪. 兰州理工大学学报. 2010(02)
本文编号：3059862
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