微波等離子體化學氣相沉積法制備高質量石墨烯的研究.pdf

1、石墨烯是由sp2雜化的碳原子緊密排列而成的蜂窩狀晶體結構，因其獨特的單原子層二維晶體結構而集眾多優異特性于一身。微波等離子體化學氣相沉積法（MPCVD）因沉積溫度低、基底選擇廣泛、沉積時間短而在現有的石墨烯制備方法中脫穎而出。但采用MPCVD法大規模制備石墨烯仍存在一些問題，還需繼續尋求更為優異的石墨烯制備工藝。本研究采用課題組自行設計的功率為10kW大面積環形不銹鋼腔體微波等離子體化學氣相沉積裝置，以甲烷為碳源，氫氣和氬氣為輔助氣體，

2、研究在銅、鎳、硅襯底上沉積石墨烯的工藝。采用光學顯微鏡、拉曼光譜（Raman）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）和能量色散譜（EDS）表征實驗樣品，分析不同工藝參數對石墨烯質量的影響及相應的原理，從而獲得高質量、層數可控的石墨烯制備工藝。主要研究工作如下：
　　1、系統研究100 sccm H2和200 sccm Ar氣氛中不同熱處理時間對銅箔基底表面形貌和晶面取向的影響。X射線衍射（XRD）和SEM檢測結果表明：經過30m

3、in熱處理，銅箔晶面取向一致、表面平整潔凈且銅晶粒尺寸較大。
　　2、采用Raman研究工藝參數（溫度、壓力、功率、生長時間、氣源比例）對石墨烯微觀結構（層數和缺陷密度）的影響。結合TEM、SEM、EDS以及光學顯微鏡測試結果綜合分析：5.5kW、7.4kPa和650℃分別為最佳的微波功率、沉積壓力和生長溫度。通過改變石墨烯的沉積時間可制備均勻性好、層數可控的石墨烯。
　　3、系統研究原位氫等離子體后處理對石墨烯樣品層數、缺

4、陷密度和表面形貌的影響，原位氫等離子體在整個后處理過程中扮演兩種角色：少于150s的前期階段，提供環境促進MPCVD腔體內殘余的碳源繼續沉積生長；150s至300s的后期階段，氫氣作為去除頂層石墨烯的刻蝕劑。
　　4、采用MPCVD法研究不同熱處理氣氛對鎳箔形貌的影響，從而獲得表面潔凈、晶粒尺寸較大的鎳箔，通入CH4作為碳源沉積石墨烯，局部（晶界處）層數不均。
　　5、在銅基底上以石墨烯為過渡層制備金剛石薄膜的研究。石墨烯的