發(fā)布時(shí)間：2020-07-21 15:34

【摘要】：石墨烯是可以被視為一個(gè)C原子層厚度(0.335nm)的石墨層,是由C元素組成的類似于苯環(huán)的一種六元環(huán)二維蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),C原子之間的連接十分柔韌,自身結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。同時(shí),石墨烯作為當(dāng)下一種炙手可熱的半導(dǎo)體材料,因其帶隙為零,且具備優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)性能,使其成為最理想的雜化材料,在微電子領(lǐng)域擁有非常高的關(guān)注度和及其廣闊的應(yīng)用前景。目前基于氣態(tài)碳源的CVD法是制備石墨烯的主要方法。但是由于氣體不易控制,且氣態(tài)碳源(如CH4)需要非常高的溫度(一般為1000℃)才能裂解,這就導(dǎo)致控制氣態(tài)碳源制備石墨烯的工藝較為復(fù)雜,且氣態(tài)碳源生長石墨烯需要Cu/Ni等金屬的催化,轉(zhuǎn)移的過程又會(huì)使石墨烯薄膜的成膜質(zhì)量降低,種種缺點(diǎn)都限制著石墨烯的發(fā)展。而固態(tài)碳源作為一種優(yōu)良碳源,自然界中大量存在,容易獲得;擁有固定形態(tài),容易控制、操作,方便處理;可以隨時(shí)添加其它物質(zhì),容易拓展。所以,本文選用固態(tài)碳源,以求制備出高質(zhì)量石墨烯,來彌補(bǔ)氣態(tài)碳源帶來的種種不足。主要內(nèi)容如下:本文首先采用多環(huán)芳烴族化合物芘在Cu基底上制備出了層數(shù)不同的石墨烯薄膜,對(duì)石墨烯的退火溫度、降溫速率和碳源用量三個(gè)因素進(jìn)行了逐步優(yōu)化分析。通過優(yōu)化工藝,成功生長出了質(zhì)量較高的單層石墨烯,即退火溫度600℃,降溫速率為快速降溫(約25℃/s),碳源用量為每平方厘米襯底上用濃度0.04%的碳源溶液兩滴。在通過控制碳源用量對(duì)石墨烯的層數(shù)進(jìn)行了可控的生長。還對(duì)石墨烯薄膜的生長機(jī)理也進(jìn)行了探討,石墨烯的生長機(jī)制不僅與Cu片的催化機(jī)制有關(guān),也和降溫速率有關(guān),即石墨烯的形成受到兩種機(jī)制的共同影響。接下來我們?yōu)榱藦浹a(bǔ)單一固態(tài)碳源所制備出的石墨烯樣品中的缺陷,引入了新型碳源及高溫下易分解成小分子的輔助碳源。最終通過實(shí)驗(yàn)證明2-萘酚作為潛在碳源擁有比多環(huán)芳烴族化合物更好的碳源特質(zhì)。而脂質(zhì)碳源——1-辛基膦酸具有彌補(bǔ)石墨烯中空位型缺陷的能力。且1-辛基膦酸的彌補(bǔ)缺陷的能力與濃度有關(guān),濃度過高或者過低都不利于缺陷的彌補(bǔ),且通過控制單因素實(shí)驗(yàn),得到最佳濃度在10%左右。然后對(duì)幾種石墨烯的轉(zhuǎn)移方法進(jìn)行了探究分析,并利用磁控濺射法在旋涂了固態(tài)碳源的目標(biāo)襯底上沉積起催化作用的Cu薄膜,通過氣氛爐退火,成功省略轉(zhuǎn)移步驟直接在目標(biāo)襯底上制備出了石墨烯。并對(duì)濺射功率、碳源用量、退火溫度及退火時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行逐步優(yōu)化分析,并篩選出了目標(biāo)基底上直接制備單層石墨烯薄膜的優(yōu)化工藝。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.2
【圖文】：

背景世紀(jì)八十年代，以微納米先進(jìn)材料為主的新型材料取得了高速進(jìn)步。自來自歐美的科學(xué)家成功發(fā)現(xiàn)了由碳原子組成的納米球狀材料 C60[3]。隨后 分子碳納米材料相繼被發(fā)現(xiàn)，這些結(jié)構(gòu)相似的大分子碳納米材料有了一個(gè)在之后的 1991 年，以卷曲的石墨烯薄片組成的具有管狀結(jié)構(gòu)的一維納米材，也相繼被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)[4]。現(xiàn)如今，碳納米管在芯片領(lǐng)域已經(jīng)擁有了非常應(yīng)用[5, 6]。隨著以 C60、C70 等為代表的零維富勒烯以及一維的碳納米管陸學(xué)家對(duì)二維碳納米材料石墨烯的探索也從未停歇。直到 2004 年，科學(xué)家機(jī)械剝離高定向熱解石墨的方法成功制得了只有單原子層厚度的二維碳墨烯[7, 8]。因此在 2010 年這兩位來自曼徹斯特大學(xué)成功制備出石墨烯的科了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

圖 1-2 石墨烯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)固，其優(yōu)異的柔韌特性烯自身為了避免原子重排，現(xiàn)階段科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的 C60、的石墨烯只由六邊形組成，混入了五邊形或七邊形的結(jié)會(huì)聚攏起來由此形成零維的 C狀結(jié)構(gòu)，所形成的結(jié)構(gòu)就是我層層堆疊起來則會(huì)構(gòu)成自然現(xiàn)的許多碳材料的基本單元

的石墨烯能夠透過高達(dá) 97.7%的可見光，，換句話說當(dāng)石墨烯為僅僅擁有 2.3%的可見光吸收率[13]。而且，當(dāng)石墨烯層數(shù)每減少一線性升高 2.3%，如下圖所示。所以，在多數(shù)情況下，石墨烯的層試其可見光透射率來表征。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2764609