微波等離子體化學(xué)氣相沉積法制備高質(zhì)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(jié)構(gòu)，因其獨(dú)特的單原子層二維晶體結(jié)構(gòu)而集眾多優(yōu)異特性于一身。微波等離子體化學(xué)氣相沉積法（MPCVD）因沉積溫度低、基底選擇廣泛、沉積時(shí)間短而在現(xiàn)有的石墨烯制備方法中脫穎而出。但采用MPCVD法大規(guī)模制備石墨烯仍存在一些問(wèn)題，還需繼續(xù)尋求更為優(yōu)異的石墨烯制備工藝。本研究采用課題組自行設(shè)計(jì)的功率為10kW大面積環(huán)形不銹鋼腔體微波等離子體化學(xué)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(xué)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(shí)驗(yàn)樣品，分析不同工藝參數(shù)對(duì)石墨烯質(zhì)量的影響及相應(yīng)的原理，從而獲得高質(zhì)量、層數(shù)可控的石墨烯制備工藝。主要研究工作如下：
　　1、系統(tǒng)研究100 sccm H2和200 sccm Ar氣氛中不同熱處理時(shí)間對(duì)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(cè)結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)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(shù)（溫度、壓力、功率、生長(zhǎng)時(shí)間、氣源比例）對(duì)石墨烯微觀結(jié)構(gòu)（層數(shù)和缺陷密度）的影響。結(jié)合TEM、SEM、EDS以及光學(xué)顯微鏡測(cè)試結(jié)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(zhǎng)溫度。通過(guò)改變石墨烯的沉積時(shí)間可制備均勻性好、層數(shù)可控的石墨烯。
　　3、系統(tǒng)研究原位氫等離子體后處理對(duì)石墨烯樣品層數(shù)、缺

4、陷密度和表面形貌的影響，原位氫等離子體在整個(gè)后處理過(guò)程中扮演兩種角色：少于150s的前期階段，提供環(huán)境促進(jìn)MPCVD腔體內(nèi)殘余的碳源繼續(xù)沉積生長(zhǎng)；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(duì)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(shù)不均。
　　5、在銅基底上以石墨烯為過(guò)渡層制備金剛石薄膜的研究。石墨烯的