大尺寸单晶石墨烯籽晶诱导法生长及表征
发布时间：2021-08-27 15:16
石墨烯是一种二维晶态新材料,它由碳原子以sp2杂化方式组成蜂窝状点阵结构,这种独特的结构决定了石墨烯具备优异的电学、力学以及热学性能,在新型微纳电子器件和微弱光电探测器件等领域有着巨大的应用潜力。目前发展了多种石墨烯制备方法,其中化学气相沉积（CVD）法制备的石墨烯质量高、面积大,成为工业化制备石墨烯最具潜力的方法。石墨烯的生长是典型的非相关成核点的自重构过程。在CVD生长过程中,石墨烯成核后形成晶畴,继续生长很容易相互连接形成石墨烯多晶薄膜,而多晶薄膜中的晶界会阻碍电子的传输、散射电荷载流子,降低石墨烯的电子迁移率,影响其独特性能的发挥。因此,有必要开展石墨烯生长新方法新工艺研究,进行大尺寸优质单晶石墨烯制备。制备大尺寸单晶石墨烯主要有多点形核的晶畴无缝连接和单点形核单晶畴生长两种思路,在本论文中,我们主要围绕单点形核制备石墨烯的思路来开展工作。结合石墨烯更容易在台阶处形核的习性和籽晶法生长体块单晶的创意,设计了籽晶诱导法生长大尺寸单晶石墨烯的实验方案。通过在生长衬底上人工引入籽晶的方式来诱导石墨烯的成核生长,不仅实现了石墨烯的定位生长,而且在一定程度上抑制了石墨烯自发成核,提高了石...
【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】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２石墨烯的能带结构图像及其在某个狄拉克点处的放大图像［１４］
?山东大学硕士学位论文???远高于碳纳米管、金刚石等其他的新型碳材料，使得石墨烯在导热器件领??域有着巨大的应用潜能。图１．３为测试石墨烯导热系数的实验示意图。??Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ??Ｌａｓｅｒ?Ｌｉｇｈｔ?墓??－?Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ??Ｓｉｎｇｌｅ－Ｌａｙｅｒ??Ｆｏｃｕｓｅｄ?＼?ｍ?／?Ｇｒａｐｈｅｎｅ??Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ?＞－ａｓｅｒ?Ｌｉｇｈｔ?＼?，?；?／?．?Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ??Ｌａｓｅｒｓ?＼?／?／?“广??＾??麵?Ｈｅａｔ??｜?Ｉ?３?ｖｉｍ?Ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｄｉｏｘｉｄｅ??Ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１．３拉曼（Ｒａｍａｎ）激光聚痛测试石墨烯导热系数实验示意图［１５］。??石墨烯还有着优越的力学性质和光学性质。石墨烯在受到垂直于二维??平面方向的外力作用时，碳原子之间的〇键和六边形结构会赋予石墨烯极??高的强度和稳定性，碳原子面会通过弯曲变形的方式来缓冲外力的变化，??而不会改变材料的原子结构。２００８年Ｊ．?Ｈｅｍｅ团队通过原子力显微镜纳米??压痕方法测量了悬浮石墨烯的力学特性，测得石墨烯的断裂强度为４２??Ｎ／ｍ，有着１３０?ＧＰａ的抗拉强度和１?ＴＰａ的杨氏模量，是目前强度最高的??材料。同时，单层石墨烯材料的透光率可高达９７．７％，而石墨稀薄膜的层??数每增加一层，其不透明度就会增加２．３％［１６］。石墨烯作为一种兼具优越??的透光性、导电性与力学特性的特殊材料，在柔性曲面电子屏幕领域具备??着极大的应用潜力。??１．２石墨烯的制备方法??石墨烯的制备方法有很多种，如图１．４所示，不同制备方法得到的石??墨烯优缺点及应用各有不同，
?山东大学硕士学位论文???ｉ?Ｌ??Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??（ｒｅｓｅａｒｃｈ，??ＣＶＤ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）??（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｂｉｏ，?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ??ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ，??＞?＞?ｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，?．?ｍｉｎ??？?ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）??ｆ?＞??〇??（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２匕Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ??ＲＦ?ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）?＾?ａｓｓｅｍｂｌｙ??（ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）??＞Ｈａ?Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??＾?ｙ?（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，??ｋＶＶＨ?＾?ｉｎｋｓ，?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ，???＾?＾?，ｂｉｏ，?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ）?＾??Ｐｒｉｃｅ?（ｆｏｒ?ｍａｓｓ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）??图１．４石墨烯的制备方法概览图［１７］。??１．２．１微机槭剥离法??微机械剥离法在石墨烯的发展历程中具有里程碑式的重要意义，Ｇｅｉｍ??等人就是利用微机械剥离法将石墨烯首次制备出来［３］，从此掀开了石墨烯??研宄的热潮。微机械剥离法就是人为地采用机械力将单层石墨烯从性能接??近单晶石墨的高定向热解石墨表面剥离下来，用剥离胶带将石墨薄片粘住，??撕开胶带将石墨薄片剥离开来，如此重复进行多次，最终制备出单层石墨??稀，如图１．５所示。该方法的原理是利用机械力量来消除石墨层间的分子??嘗?＇Ｉｆ：??图１．５胶带剥离制备石墨烯［１８］。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]用XPS研究不同方法制备的CuZnAl一步法二甲醚合成催化剂[J]. 李志红,黄伟,左志军,宋雅君,谢克昌. 催化学报. 2009(02)
本文编号：3366591
【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】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２石墨烯的能带结构图像及其在某个狄拉克点处的放大图像［１４］
?山东大学硕士学位论文???远高于碳纳米管、金刚石等其他的新型碳材料，使得石墨烯在导热器件领??域有着巨大的应用潜能。图１．３为测试石墨烯导热系数的实验示意图。??Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ??Ｌａｓｅｒ?Ｌｉｇｈｔ?墓??－?Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ??Ｓｉｎｇｌｅ－Ｌａｙｅｒ??Ｆｏｃｕｓｅｄ?＼?ｍ?／?Ｇｒａｐｈｅｎｅ??Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ?＞－ａｓｅｒ?Ｌｉｇｈｔ?＼?，?；?／?．?Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ??Ｌａｓｅｒｓ?＼?／?／?“广??＾??麵?Ｈｅａｔ??｜?Ｉ?３?ｖｉｍ?Ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｄｉｏｘｉｄｅ??Ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１．３拉曼（Ｒａｍａｎ）激光聚痛测试石墨烯导热系数实验示意图［１５］。??石墨烯还有着优越的力学性质和光学性质。石墨烯在受到垂直于二维??平面方向的外力作用时，碳原子之间的〇键和六边形结构会赋予石墨烯极??高的强度和稳定性，碳原子面会通过弯曲变形的方式来缓冲外力的变化，??而不会改变材料的原子结构。２００８年Ｊ．?Ｈｅｍｅ团队通过原子力显微镜纳米??压痕方法测量了悬浮石墨烯的力学特性，测得石墨烯的断裂强度为４２??Ｎ／ｍ，有着１３０?ＧＰａ的抗拉强度和１?ＴＰａ的杨氏模量，是目前强度最高的??材料。同时，单层石墨烯材料的透光率可高达９７．７％，而石墨稀薄膜的层??数每增加一层，其不透明度就会增加２．３％［１６］。石墨烯作为一种兼具优越??的透光性、导电性与力学特性的特殊材料，在柔性曲面电子屏幕领域具备??着极大的应用潜力。??１．２石墨烯的制备方法??石墨烯的制备方法有很多种，如图１．４所示，不同制备方法得到的石??墨烯优缺点及应用各有不同，
?山东大学硕士学位论文???ｉ?Ｌ??Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??（ｒｅｓｅａｒｃｈ，??ＣＶＤ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）??（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｂｉｏ，?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ??ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ，??＞?＞?ｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，?．?ｍｉｎ??？?ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）??ｆ?＞??〇??（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２匕Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ??ＲＦ?ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）?＾?ａｓｓｅｍｂｌｙ??（ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）??＞Ｈａ?Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ??＾?ｙ?（ｃｏａｔｉｎｇ，?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，??ｋＶＶＨ?＾?ｉｎｋｓ，?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ，???＾?＾?，ｂｉｏ，?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒｓ）?＾??Ｐｒｉｃｅ?（ｆｏｒ?ｍａｓｓ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）??图１．４石墨烯的制备方法概览图［１７］。??１．２．１微机槭剥离法??微机械剥离法在石墨烯的发展历程中具有里程碑式的重要意义，Ｇｅｉｍ??等人就是利用微机械剥离法将石墨烯首次制备出来［３］，从此掀开了石墨烯??研宄的热潮。微机械剥离法就是人为地采用机械力将单层石墨烯从性能接??近单晶石墨的高定向热解石墨表面剥离下来，用剥离胶带将石墨薄片粘住，??撕开胶带将石墨薄片剥离开来，如此重复进行多次，最终制备出单层石墨??稀，如图１．５所示。该方法的原理是利用机械力量来消除石墨层间的分子??嘗?＇Ｉｆ：??图１．５胶带剥离制备石墨烯［１８］。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]用XPS研究不同方法制备的CuZnAl一步法二甲醚合成催化剂[J]. 李志红,黄伟,左志军,宋雅君,谢克昌. 催化学报. 2009(02)
本文编号：3366591
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