CVD石墨烯的制备、表征与生物电极应用
发布时间：2021-10-22 03:56
以铜箔作为基底的化学气相沉积法（CVD）是石墨烯的大规模工业生产非常重要的制备方法,所得薄膜尺寸可达到30X300cm2,年产量可达到100000m2。铜箔上石墨烯薄膜的结构特征,如覆盖度,畴尺寸和层数,直接决定了它的物理性质和下游的应用。然而,大面积双层石墨烯的制备工艺尚未成熟,限制了它在诸多领域内的应用;此外,目前的表征手段成本高昂且效率低下,极大地限制了CVD石墨烯产业化的制备及质量调控。因此,大面积高质量双层石墨烯的制备工艺以及快速、简便且低廉的石墨烯表征技术是当前石墨烯的大规模生产迫切需要的,为在多领域内（如电子信息、生命科学、航空航天、军事防卫等）拓展石墨烯的应用提供了技术支持及物质保障。本论文以CVD铜基石墨烯为核心,进行了如下研究。1.在CVD石墨烯的生长阶段引入水脉冲,通过水对石墨烯边界的刻蚀效应,降低第一层（顶层）石墨烯的生长速度;进而引起石墨烯边界与铜基底的去耦合,促进碳原子在石墨烯/铜界面之间的扩散同时也导致新的石墨烯晶核。通过优化CVD工艺参数（甲烷和水脉冲的分压以及脉冲频率）,在铜箔上获得了大面积高质量AB堆积的多层石墨烯,其中双层的覆盖度高达77±3.6%...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２０１０年至２０１７年全球石墨稀科研成果的统计结果（数据来源：Ｗｅｂ?ｏｆ?ｓｃｉｅｎｃｅ）??
??纳米管及三维堆积的石墨块体的基本构筑单元Ｉ１】（图１．２），从而引起了全球科学??工作者的广泛关注。［９＿１４］??从材料的本质考虑［１５］，石墨烯可被定义为单原子层的平面石墨。从早期被提??出来到最后被发现，石墨烯经历了将近一个世纪的蛰伏。当我们将历史的齿轮拨??回到上世纪初期，科学家们其实就己经开始接触石墨烯。Ｈａｅｎｎｉ和Ｋｏｈｌｓｃｈｉｉｔｔｅｒ??于１９１８年通过衍射技术详细地研宄了石墨氧化物纸的结构和性质。后来，１９４８??年Ｒｕｅｓｓ和Ｖｏｇｔ通过穿透式电子显微镜拍摄到了少层石墨稀的图像。??？?之．方？广?？，?＾?＊?？，．?？，??‘，？一．
单层石墨烯的最小晶胞含有两个碳原子，不可能通过晶格矢量（／？?＝?？「＾?＋??？２?ｆｌ２，?？丨和《２均为整数）的形式将两者链接起来，因此两个碳原子是不等价的。??双层石墨烯的单胞中有四个碳原子，即ＡＩ、Ｂｌ、Ａ２和Ｂ２?（图１．３ａ）。两个碳原??子层的排列导致了下层的碳原子Ｂ１正好位于上层的碳原子Ａ２的下方（视角位??于与面垂直的正上方）。由于这两个原子的电子轨道通过相对较强的层间作用可??以耦合在一起，因此这两个格位被称为“二聚体”位点。反之，另外两个碳原子??所处的格位被称为“非二聚体”位点１％。双层石墨烯晶体结构的点群为Ｚ）３ｒｆ，由??元素｛凡２Ｃ３，?３Ｃ／，／，?２炎，３似｝组成。它也可以看作是由点群Ａ?｛五，２Ｃ３，?３Ｃ２］与??经过反演０｛五，／｝而来的。因此，双层的晶格具有空间反演对称性，即（ｘ，?ｚ）??—＞??（—ｘ，—?ｙ，?—?ｚ?）?〇??单层和双层石墨烯的初始倒易晶格基矢Ｚｎ和纪，如下??２?７７?，—?２ｔＴ?１￣??６１?＝?－（ｌ，ｖ３），?６２?＝?－（１，－ｖ３）??其中《１＋６丨＝？２如＝２７１：和〇｜＇６２?＝?＜／２＇６丨＝：：０。在石墨稀物理学中，位于石墨稀的布??里渊区顶角的两个点（Ｋ和Ｋ＇）具有非常重要的物理意义，它们被命名为狄拉??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mass production and industrial applications of graphene materials[J]. Yanwu Zhu,Hengxing Ji,Hui-Ming Cheng,Rodney S.Ruoff. National Science Review. 2018(01)
[2]Ultrafast epitaxial growth of metre-sized single-crystal graphene on industrial Cu foil[J]. Xiaozhi Xu,Zhihong Zhang,Jichen Dong,Ding Yi,Jingjing Niu,Muhong Wu,Li Lin,Rongkang Yin,Mingqiang Li,Jingyuan Zhou,Shaoxin Wang,Junliang Sun,Xiaojie Duan,Peng Gao,Ying Jiang,Xiaosong Wu,Hailin Peng,Rodney S. Ruoff,Zhongfan Liu,Dapeng Yu,Enge Wang,Feng Ding,Kaihui Liu. Science Bulletin. 2017(15)
[3]材料科学中的自然辩证法:二元协同材料（英文）[J]. 刘明杰,江雷. Science China Materials. 2016(04)
本文编号：3450334
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２０１０年至２０１７年全球石墨稀科研成果的统计结果（数据来源：Ｗｅｂ?ｏｆ?ｓｃｉｅｎｃｅ）??
??纳米管及三维堆积的石墨块体的基本构筑单元Ｉ１】（图１．２），从而引起了全球科学??工作者的广泛关注。［９＿１４］??从材料的本质考虑［１５］，石墨烯可被定义为单原子层的平面石墨。从早期被提??出来到最后被发现，石墨烯经历了将近一个世纪的蛰伏。当我们将历史的齿轮拨??回到上世纪初期，科学家们其实就己经开始接触石墨烯。Ｈａｅｎｎｉ和Ｋｏｈｌｓｃｈｉｉｔｔｅｒ??于１９１８年通过衍射技术详细地研宄了石墨氧化物纸的结构和性质。后来，１９４８??年Ｒｕｅｓｓ和Ｖｏｇｔ通过穿透式电子显微镜拍摄到了少层石墨稀的图像。??？?之．方？广?？，?＾?＊?？，．?？，??‘，？一．
单层石墨烯的最小晶胞含有两个碳原子，不可能通过晶格矢量（／？?＝?？「＾?＋??？２?ｆｌ２，?？丨和《２均为整数）的形式将两者链接起来，因此两个碳原子是不等价的。??双层石墨烯的单胞中有四个碳原子，即ＡＩ、Ｂｌ、Ａ２和Ｂ２?（图１．３ａ）。两个碳原??子层的排列导致了下层的碳原子Ｂ１正好位于上层的碳原子Ａ２的下方（视角位??于与面垂直的正上方）。由于这两个原子的电子轨道通过相对较强的层间作用可??以耦合在一起，因此这两个格位被称为“二聚体”位点。反之，另外两个碳原子??所处的格位被称为“非二聚体”位点１％。双层石墨烯晶体结构的点群为Ｚ）３ｒｆ，由??元素｛凡２Ｃ３，?３Ｃ／，／，?２炎，３似｝组成。它也可以看作是由点群Ａ?｛五，２Ｃ３，?３Ｃ２］与??经过反演０｛五，／｝而来的。因此，双层的晶格具有空间反演对称性，即（ｘ，?ｚ）??—＞??（—ｘ，—?ｙ，?—?ｚ?）?〇??单层和双层石墨烯的初始倒易晶格基矢Ｚｎ和纪，如下??２?７７?，—?２ｔＴ?１￣??６１?＝?－（ｌ，ｖ３），?６２?＝?－（１，－ｖ３）??其中《１＋６丨＝？２如＝２７１：和〇｜＇６２?＝?＜／２＇６丨＝：：０。在石墨稀物理学中，位于石墨稀的布??里渊区顶角的两个点（Ｋ和Ｋ＇）具有非常重要的物理意义，它们被命名为狄拉??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mass production and industrial applications of graphene materials[J]. Yanwu Zhu,Hengxing Ji,Hui-Ming Cheng,Rodney S.Ruoff. National Science Review. 2018(01)
[2]Ultrafast epitaxial growth of metre-sized single-crystal graphene on industrial Cu foil[J]. Xiaozhi Xu,Zhihong Zhang,Jichen Dong,Ding Yi,Jingjing Niu,Muhong Wu,Li Lin,Rongkang Yin,Mingqiang Li,Jingyuan Zhou,Shaoxin Wang,Junliang Sun,Xiaojie Duan,Peng Gao,Ying Jiang,Xiaosong Wu,Hailin Peng,Rodney S. Ruoff,Zhongfan Liu,Dapeng Yu,Enge Wang,Feng Ding,Kaihui Liu. Science Bulletin. 2017(15)
[3]材料科学中的自然辩证法:二元协同材料（英文）[J]. 刘明杰,江雷. Science China Materials. 2016(04)
本文编号：3450334
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