大面積高質量石墨烯的制備與表征.pdf

1、石墨烯由于其獨特的物理化學性質，自2004年發現之后受到人們廣泛的關注和研究。無論是科學研究還是工業應用，制備較大面積的單層石墨烯都是一個亟待解決的問題。制備石墨烯的方法很多，目前常見的有機械剝離法、外延生長法、氧化還原法、化學氣相沉積法（CVD）等等。其中CVD方法的發展最為迅速，是目前制備大面積石墨烯的主要方法。然而如何利用CVD方法提高石墨烯生長的質量以及實現層數的可控生長仍然還是一個難題。在以銅（Cu）和鎳（Ni）為代表的催化金

2、屬上，石墨烯的生長過程和機理也還沒有完全研究清楚。圍繞上述問題，本文系統研究了生長條件、襯底材料對石墨烯形成的影響規律，討論了大面積單層石墨烯形成的基本條件，論文主要分如下幾章內容詳細討論：
　　第一章：介紹了石墨烯的發現過程，以及石墨烯的基本結構和性質，對目前石墨烯的主要制備方法以及應用前景做了回顧和總結。并由此確定了本論文的工作安排。
　　第二章：介紹并分析了表征石墨烯的主要技術手段和方法，包括：光學顯微鏡（Optica

3、l Microscope, OM），掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope, SEM），透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope, TEM），拉曼光譜（Raman Spectrum）以及原子力顯微鏡（Atom Force Microscope, AFM）。
　　第三章：利用常壓CVD方法在銅箔上實現大面積高質量石墨烯的層數可控生長研究。通過實驗對比，厘清了幾

4、種主要條件參數包括降溫時 H2流量、生長溫度、甲烷濃度以及生長時間等對石墨烯生長的影響；并通過機理分析和建立模型，加深了對石墨烯在銅上的形成過程的認識。研究發現，通過控制甲烷的濃度就能實現石墨烯層數的可控生長。并在實驗上驗證了制備大面積高質量單層石墨烯的生長條件。
　　第四章：對鎳上石墨烯生長的問題進行了討論和研究。由于鎳上石墨烯的形成機理與銅不一樣，本章主要針對幾個鎳特有的影響較大的關鍵條件進行了實驗研究和分析，如石墨烯的不均勻