CVD法制备石墨烯

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CVD生成石墨烯

CVD生成石墨烯

化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的,制备石墨烯的新方法,采用该法制备的石墨烯具有质量高尺寸大等优点,是实现工业化生产潜力最大的方法之一。

CVD法制备石墨烯的步骤石墨烯在金属催化剂表面的CVD 生长是一个复杂的多相催化反应体系。

该过程主要涉及以下几个基元步骤:(1) 烃类碳源在金属催化剂基底上的吸附与分解;(2) 表面碳原子向催化剂体相内的溶解以及在体相中的扩散;(3) 降温过程中碳原子从催化剂体相向表面的析出;(4) 碳原子在催化剂表面的成核及二维重构,生成石墨烯。

化学气相沉积生长石墨烯的基本步骤:(1)碳源在催化剂表面吸附;(2)碳源脱附;(3)碳源的脱氢分解;(4)碳原子在催化剂表面的迁移;(5)碳原子在表面直接成核并生长成石墨烯;(6)碳原子在高温下溶入金属体相;(7)碳原子在金属体内扩散;(8)降温,碳原子从金属体相中析出,并在表面成核生长石墨烯。

CVD法生成石墨烯的机理首先碳源在催化剂表层分解,形成碳原子,形成的碳原子一部分在催化剂表面直接成核形成石墨烯,另一部分碳原子渗透进入催化剂体相,并和金属形成合金。

当温度降低,碳在催化剂体相中的溶解度降低,高温时渗透进入的体相的碳原子就在催化剂表面析出,并优先在晶界、台阶等缺陷处成核形成石墨烯。

除去扩散进入金属体相的碳原子,碳源分解生成的部分碳原子会在金属表面直接形成石墨烯。

这是一个表面催化的过程,对于溶碳量较低的金属(如Cu),其上石墨烯的生长主要遵循这种机理。

CVD生长石墨烯主要包括两个路径,一个路径是“直接生长”,催化裂解出来的碳原子直接在催化剂表面成核、进而生长成石墨烯薄膜;另一个路径则是“迂回生长”,催化裂解的表面碳原子渗透进入体相溶解后,再在表面析出,成核生长形成石墨烯薄膜。

两个平行生长路径的贡献,取决于金属催化剂的溶碳能力、金属碳化物的生成及其在生长温度下的化学稳定性。

CVD法制备石墨烯碳源的选择在金属催化基底作用下,常选用气态烃类碳源特别是甲烷(CH4)作为前驱体,用来生长单层石墨烯。

cvd石墨烯的制备与转移 -回复

cvd石墨烯的制备与转移 -回复

cvd石墨烯的制备与转移-回复如何制备和转移cvd石墨烯。

第一步:制备cvd石墨烯的原料要制备cvd石墨烯,首先需要准备一些原料和设备。

以下是制备cvd石墨烯所需的材料和设备:1. 金属基底:常用的金属基底有铜、镍和钯等。

金属基底需要具有良好的热传导性和机械稳定性。

在制备cvd石墨烯时,金属基底扮演着催化剂的角色,帮助在基底上生长石墨烯晶格。

2. 石墨烯前体材料:常用的石墨烯前体材料有甲烷和乙烯等。

这些化学物质经过热解后可以产生碳原子并沉积在金属基底上,形成石墨烯晶格。

3. 反应室:反应室是用于进行化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)的设备。

反应室内需要保持高温和低压条件,并通过控制气体流量来调节石墨烯的生长速率和质量。

第二步:cvd石墨烯的制备过程一般来说,将金属基底放置在反应室中,加热到适当的温度(通常是1000-1200摄氏度)。

然后,在反应室中引入石墨烯前体材料和载气(一般为氩气或氢气),并保持适当的压力和流量。

石墨烯前体材料会在金属基底表面热解,产生碳原子,并随后沉积在金属基底上,形成石墨烯晶格。

这个过程中的关键是控制反应室内的温度、压力和气体流量。

适当的参数设置可以保障石墨烯的生长质量和速率。

此外,选择合适的石墨烯前体材料和金属基底也会影响石墨烯的质量。

第三步:转移cvd石墨烯cvd石墨烯通常是在金属基底上生长的,但通常并不需要将石墨烯保留在金属上。

因此,转移石墨烯是制备好的石墨烯材料的下一步。

以下是一种常用的方法用于cvd石墨烯的转移:1. 清洗金属基底:在将石墨烯转移到其他基底之前,需要先清洗金属基底。

可以使用溶剂(如乙醇)清洗去除表面的杂质。

2. 转移膜技术:转移膜技术是一种常用的方法,用于将石墨烯从金属基底上转移到其他基底上。

这种技术通常涉及到以下几个步骤:a. 将粘性材料施加在石墨烯和基底之间,形成一层粘合剂。

b. 轻轻将另一个基底压在粘合剂上,使其黏附在石墨烯上。

化学气相沉积法制备石墨烯材料

化学气相沉积法制备石墨烯材料

化学气相沉积法制备石墨烯材料CVD法的基本过程如下:1.准备基底:选择合适的基底材料,例如金属箔(铜、镍等)或硅衬底。

2.清洗基底:使用适当的化学方法去除基底表面的杂质和氧化物,以确保表面干净。

3.加热基底:将基底放置在热处理炉中,使其达到适当的温度。

温度取决于所用的前体气体以及所需的石墨烯形成条件。

4.供应前体气体:将含有碳源的气体(例如甲烷、乙炔等)通过气流或者进料管道送入炉内,并与热基底表面上的金属发生反应。

5.反应过程:碳源气体在基底表面上分解,生成碳原子,并在热基底上扩散。

生成的碳原子随后通过化学反应在基底上重新组合,形成石墨烯结构。

6.石墨烯形成:在适当的条件下,石墨烯会开始在金属基底表面上生长。

通常,石墨烯以多层形式开始,并随后通过控制反应条件使其转变为单层石墨烯。

7.冷却和收集:待石墨烯生长完成后,慢慢降低温度,使基底和石墨烯冷却至室温。

如果需要分离石墨烯层,可以使用化学方法或机械方法分离。

CVD法制备石墨烯的优势在于具有较高的控制性和可扩展性。

通过调节反应温度、反应时间和气氛的成分,可以实现对石墨烯的厚度、结晶度和晶粒大小的控制。

此外,CVD法也可以在大面积基底上实现石墨烯的合成,具备工业化生产的潜力。

然而,CVD法也存在一些挑战和限制。

首先,CVD法需要昂贵的设备和复杂的操作,因此成本较高。

另外,CVD法制备的石墨烯通常需要通过化学方法或机械方法与基底分离,这可能会导致石墨烯的质量下降或损坏。

此外,CVD法制备的石墨烯往往在基底上存在大面积缺陷,对于一些应用,如柔性电子器件,缺陷的存在可能会造成问题。

尽管如此,CVD法仍然是制备石墨烯的重要方法之一,其在石墨烯研究领域和应用领域中具有广泛的应用前景。

通过进一步改进和优化CVD过程,并提高石墨烯的质量、控制性和成产率,可以推动石墨烯技术的发展和商业化应用。

cvd石墨烯的制备与转移

cvd石墨烯的制备与转移

cvd石墨烯的制备与转移CVD石墨烯的制备与转移引言:石墨烯作为一种二维材料,具有优异的电学、热学和力学性能,在电子器件、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。

其中,化学气相沉积(CVD)是一种常用的制备方法,可以在金属衬底上快速高效地合成大面积的石墨烯薄膜。

本文将重点介绍CVD石墨烯的制备过程以及转移技术。

一、CVD石墨烯的制备过程1. 基本原理CVD石墨烯的制备是通过在高温环境下使碳源气体分解生成石墨烯,并在金属衬底表面沉积形成薄膜。

常用的碳源气体有甲烷、乙烯等。

在高温条件下,碳源气体分解生成碳原子,然后在金属表面进行扩散和聚合,最终形成石墨烯结构。

2. 制备步骤(1)准备金属衬底:常用的金属衬底有镍、铜等。

首先需要对金属衬底进行表面处理,以提高石墨烯的生长质量。

(2)预处理:将金属衬底放入热处理炉中,在惰性气氛下进行退火处理,去除表面氧化物等杂质。

(3)生长条件设置:将处理后的金属衬底放入石墨炉中,加热到适当的温度。

同时,通过注入碳源气体和惰性气氛来控制反应气氛。

(4)生长时间控制:根据需要得到的石墨烯薄膜厚度,控制反应时间。

一般情况下,生长时间越长,石墨烯的厚度越大。

(5)冷却处理:将反应结束后的金属衬底冷却至室温,取出即可得到CVD生长的石墨烯。

二、CVD石墨烯的转移技术将CVD生长的石墨烯从金属衬底上转移到目标衬底上是进行后续器件制备的关键步骤。

常用的转移技术有机械剥离法、热释放法和湿法转移法。

1. 机械剥离法机械剥离法是最早被采用的一种石墨烯转移技术。

通过在石墨烯上涂覆一层粘性较弱的聚合物,然后用胶带或支撑材料将石墨烯剥离下来,再将其转移到目标衬底上。

这种方法操作简单,但对石墨烯的质量和完整性要求较高。

2. 热释放法热释放法通过在金属衬底上生长一层较厚的二硫化钼(MoS2)薄膜,然后通过加热使MoS2与金属衬底分离,从而将石墨烯转移到目标衬底上。

这种方法相对较容易实现,但需要使用高温来实现MoS2与金属衬底的分离。

化学气相沉积法制备石墨烯,金刚石,富勒烯

化学气相沉积法制备石墨烯,金刚石,富勒烯

CVD 制备石墨烯:1、采用方法的原理:以甲烷作为碳源,以铂作为生长基底。

通入H2将有缺陷的核刻蚀掉,降低石墨烯的密度。

由于石墨烯的生长和刻蚀过程是可逆的,所以经过生长刻蚀,再生长再刻蚀再生长(反复生长刻蚀生长)的方法制备出高产量,无缺陷的单晶石墨烯。

2、典型过程:将180um厚,10mm*20mm的铂箔首先用丙酮和酒精分别冲洗1h,然后放入熔融石英管中。

适应管中通入体积流为700摩尔每分的H2。

退火十分钟后将残留的碳和有机物移除。

生长从通入甲烷并维持一段时间后开始,在CVD生长后将甲烷的流速降低,其他参量保持不变来促使刻蚀石墨烯的过程发生。

在刻蚀了一段时间后,增加甲烷的流速使石墨烯生长。

随着生长刻蚀次数的增加逐渐减少甲烷的流速。

经过三轮的刻蚀生长,大约3mm的单晶石墨烯就生成了。

反应停止后将铂箔迅速从高温环境中取出,关火,在温度降到800度以下后停止通甲烷。

3、设备示意图Scheme depicting the G_rE_RG process. (a) CVD growth of graphene domains on a substrate. (b) Hydrogen etching to reduce domain density. (c) Regrowth of the etched graphene domains. (d) New nuclei appear on the substrate during regrowth. (e) Hydrogen etching to remove the new nuclei generated during regrowth. (f) Large-size single-crystal graphene domains obtained by the G_rE_RG method. (g) Schematic of the G_rE_RG process used for fabricating ∼3 mm single-crystal graphene domains, with the flow rates of CH4 and H2 used. The reaction temperature was 1060℃ during the whole process. The error bars show the size range of the single-crystal graphene domains obtained under the same conditions, and the blue dots in the middle of the error bars represent the average size of graphene domains.4、产物的形貌或性能用这种方法在铂衬底上制备出了大约3mm的单晶石墨烯,在常温常压下载流子迁移率达到了大约13 000 cm2 V-1 s-1。

石墨烯常用制备方法

石墨烯常用制备方法

石墨烯常用制备方法
一、石墨烯常用制备方法
1、气相沉积(CVD)
气相沉积(CVD)属于一种分子气相化学反应,它是在高温(一般情况下在550-950℃)和高压(一般在100-1000pa)的条件下,将原料通过催化剂转变为石墨烯电催化膜的制备方法。

优点:有温控,可以控制膜的厚度和结构。

缺点:需要高温和高压的条件,可能导致电催化膜品质不好。

2、硅基模板制备法
硅基模板制备法是通过化学气相沉积(CVD)在硅基模板上形成石墨烯的制备方法。

此方法在多晶硅基模板上形成石墨烯膜,经过后续处理去除模板,形成石墨烯膜。

优点:此方法可以在室温条件下进行,操作简便;可以得到高质量的石墨烯膜。

缺点:膜的厚度受模板的厚度影响较大;制备过程比较复杂。

3、电沉积制备法
电沉积制备法是在电极上通过催化剂和原料的反应,利用催化反应产生的电子电子反馈参与沉积物质,从而制备石墨烯的方法。

优点:操作简便,制备过程较快;不受模板的厚度影响,可以控制膜的厚度;可以得到高质量的石墨烯膜。

缺点:需要精确的控制电极,否则可能影响膜的品质。

4、氢化焙烧法
氢化焙烧法主要是将不饱和的物质(如碳氢物质或酰酸物质等)在高温下进行氢化反应,从而形成石墨烯的方法。

优点:制备过程比较简单,不需要高温和高压的条件;可以得到结构良好的石墨烯膜。

缺点:制备过程的温控不够精确,可能影响石墨烯膜的品质。

化学气相沉积法石墨烯

化学气相沉积法石墨烯

化学气相沉积法石墨烯化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)是一种常用的制备石墨烯的方法。

它通过在高温下将碳源气体在基底表面进行热解,使碳原子沉积形成石墨烯薄膜。

这种方法具有制备大面积、高质量石墨烯的优势,因此在石墨烯研究和应用中得到广泛应用。

化学气相沉积法的基本原理是在高温下,将含有碳源的气体通过反应室,使其与基底表面发生反应。

常用的碳源气体有甲烷、乙烯等。

在反应室中,碳源气体会被加热至高温,使其分解生成碳原子。

这些碳原子会在基底表面进行扩散,并在表面重新组合形成石墨烯结构。

在化学气相沉积法中,反应室的温度是一个关键参数。

高温有助于碳源气体的分解和碳原子的扩散,但过高的温度可能导致石墨烯的结构破坏。

因此,需要根据具体的实验条件选择适当的温度。

除了温度,反应室的压力也是一个重要的参数。

较高的压力可以增加碳源气体与基底表面的接触机会,有利于石墨烯的生长。

同时,压力还可以调节石墨烯的层数,从单层到多层的转变。

在实际操作中,还可以通过控制反应时间和碳源气体的流量来调节石墨烯的生长速率和质量。

较长的反应时间和较高的碳源气体流量可以增加石墨烯的生长量,但也可能导致石墨烯的结构不完整。

化学气相沉积法制备的石墨烯可以应用于多个领域。

在电子学领域,石墨烯具有优异的电子传输性能,可以用于制备高性能的晶体管和传感器。

在能源领域,石墨烯可以用于制备高效的锂离子电池和超级电容器。

此外,石墨烯还具有优异的机械性能和热导性能,可以应用于材料强化和热管理等方面。

化学气相沉积法是一种重要的石墨烯制备方法。

通过控制反应条件和参数,可以制备出大面积、高质量的石墨烯薄膜。

石墨烯在各个领域具有广泛的应用前景,将为科学研究和工业应用带来新的突破和发展。

石墨烯常用制备方法

石墨烯常用制备方法

石墨烯常用制备方法一、介绍石墨烯是一种三维结构的单原子层石墨,具有良好的电子结构,它由一层原子厚的碳原子片状堆积在一起而构成,它具有优异的机械、电子、热、光等特性,是一种多面向的多功能材料,在催化、电池、膜、紫外栅、电子、传感器等领域有着广泛应用,所以被称为21世纪的“万物之母”。

本文将介绍石墨烯常用的制备方法,以及优劣比较,并针对不同制备之间的优缺点介绍如何进行改进和优化。

二、石墨烯常用制备方法1、化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是一种常用的石墨烯制备方法,它通过在石墨或其它碳基衬底上利用高温高压的情况下,将气相中的碳原子集中到衬底表面,形成单层石墨烯的过程。

其优点是制备石墨烯的过程比较简单,可以大面积地生长,以及控制厚度比较准确,而缺点主要是生长的石墨烯质量受限于基材的质量,而且存在着一定的污染和杂质。

2、电沉积法电沉积法是一种基于电化学反应过程的石墨烯制备方法,它可以将碳原子通过电化学过程沉积到衬底表面,在不影响石墨烯结构的前提下,使石墨烯的质量和性质有较大的改善。

其优点是沉积的碳原子更加纯净,热稳定性也更高,而缺点是制备石墨烯的能力可能较弱,而且制备工艺较复杂,容易受到外界影响。

3、溶剂蒸发法溶剂蒸发法是一种常用的石墨烯制备方法,它主要是将碳源(有时会加入碳纳米管或其它碳材料)溶解在合适的溶剂中,然后再将溶解物在衬底上涂布,最后在室温或加热的情况下将溶剂蒸发,形成一层石墨烯的过程。

其优点是溶剂涂布和蒸发的步骤很容易控制,可以在各种不同的基材上,大面积制备石墨烯,而缺点是溶剂可能会损坏基材表面,从而影响石墨烯的质量。

4、光刻法光刻法是一种以激光或电子束来制备石墨烯的方法,它可以将石墨的表面释放出碳原子,然后在温度和压力合适的情况下,重新自组装成石墨烯的过程。

其优点是可以在表面进行准确控制,从而实现纳米材料的高效制备;而缺点是该制备过程受到很多外界因素的影响,从而会影响其制备效率。

三、总结石墨烯常用的制备方法有CVD、电沉积法、溶剂蒸发法和光刻法等,其中CVD制备的石墨烯质量受基材质量的影响,而电沉积可以以潜在的内能最低的方式沉积出非晶状的石墨烯;溶剂蒸发法可以在各种不同基材上进行大面积的制备;光刻法能够做到准确的控制,但容易受到外部影响。

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题目: CVD法制备石墨烯及其进展目录1. 石墨烯1.1 石墨烯简介2.石墨烯的制备方法2.1 物理方法制备石墨烯2.1.1机械剥离法2.1.2取向附生法—晶膜生长 2.1.3 液相和气相直接剥离法 2.2 化学法制备石墨烯2.2.1 化学气相沉积法2.2.2外延生长法2.2.3 氧化石墨还原法3.化学气相沉淀法制备石墨烯3.1碳源3.2生长基体3.3 生长条件4.不同基体时制备特点4.1以镍为基体4.2以铜为基体5.讨论6.总结与展望参考文献摘要:石墨烯作为一种近年来发现的新材料,拥有许多独特的理化性质,在多个领域具有很大的应用潜力,成为了目前研究的热点。

在多种制备石墨烯的方法中,化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)法所制备的石墨烯具有面积大、质量高、均匀性好、层数可控等优点,被广泛采用。

一般可采用镍,铁,铜,铂等过渡金属作为生长衬底,目前,研究中多采用铜衬底,这是由于其相对比较经济且所生长的石墨烯质量较好。

但是如何利用化学气相沉积(CVD)在金属镍(Ni)和铜(Cu)衬底上实现高质量大面积石墨烯的可控生长还存在很大的难度。

本文将重点介绍化学气相沉淀法制备石墨烯。

关键词:化学气相沉淀法,石墨烯1. 石墨烯1.1 石墨烯简介石墨烯是一种二维晶体,人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。

当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。

石墨烯是一种二维晶体,由碳原子按照六边形进行排布,相互连接,形成一个碳分子,其结构非常稳定;随着所连接的碳原子数量不断增多,这个二维的碳分子平面不断扩大,分子也不断变大。

单层石墨烯只有一个碳原子的厚度,即0.335纳米,相当于一根头发的20万分之一的厚度,1毫米厚的石墨中将将近有150万层左右的石墨烯。

石墨烯是已知的最薄的一种材料,并且具有极高的比表面积、超强的导电性和强度等优点。

石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/(m·K),高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15 000 cm2 /(V·s),又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-6Ω·cm,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料[12]。

因为它的电阻率极低,电子跑的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

2石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法一般分为物理方法和化学方法。

2.1 物理方法制备石墨烯2.1.1机械剥离法机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法,即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。

首先利用氧等离子在1 mm厚的高定向热解石墨表面进行离子刻蚀,当在表面刻蚀出宽20 μm—2 mm、深5 μm的微槽后,用光刻胶将其粘到玻璃衬底上,再用透明胶带反复撕揭,然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声,最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中,利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。

但是这种方法存在一些缺点,如所获得的产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,因此不能满足工业化需求。

2.1.2取向附生法—晶膜生长Peter W.Sutter 等[2]使用稀有金属钌作为生长基质,利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。

首先在 1150 °C下让C原子渗入钌中,然后冷却至850 °C,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面,在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”,“孤岛”逐渐长大,最终长成一层完整的石墨烯。

第一层覆盖率达80 %后,第二层开始生长,底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用,第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离,只剩下弱电耦合,这样制得了单层石墨烯薄片。

但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀,且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性[5]。

2.1.3 液相和气相直接剥离法液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000 °C以上把表面含氧基团除去)加在某种有机溶剂或水中,借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。

Coleman 等[3]参照液相剥离碳纳米管的方式将石墨分散在N-甲基-吡咯烷酮 (NMP) 中,超声1h 后单层石墨烯的产率为1%,而长时间的超声(462 h)可使石墨烯浓度高达1.2 mg/mL。

因以廉价的石墨或膨胀石墨为原料,制备过程不涉及化学变化,液相或气相直接剥离法制备石墨烯具有成本低、操作简单、产品质量高等优点,但也存在单层石墨烯产率不高、片层团聚严重、需进一步脱去稳定剂等缺陷。

2.2 化学法制备石墨烯目前实验室用石墨烯主要通过化学方法来制备,该法最早以苯环或其它芳香体系为核,通过多步偶联反应使苯环或大芳香环上6个C均被取代,循环往复,使芳香体系变大,得到一定尺寸的平面结构的石墨烯[4]。

在此基础上人们不断加以改进,使得氧化石墨还原法成为最具有潜力和发展前途的合成石墨烯及其材料的方法。

除此之外,化学气相沉积法和晶体外延生长法也可用于大规模制备高纯度的石墨烯。

2.2.1 化学气相沉积法化学气相沉积法的原理是将一种或多种气态物质导入到一个反应腔内发生化学反应,生成一种新的材料沉积在衬底表面。

它是目前应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的技术。

化学气相沉积法可满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求,但现阶段因其较高的成本、复杂的工艺以及精确的控制加工条件制约了这种方法制备石墨烯的发展,有待进一步研究。

2.2.2外延生长法Clarie Berger等利用此种方法制备出单层[7]和多层[8]石墨烯薄片并研究了其性能。

通过加热,在单晶6H-SiC的Si-terminated (00001)面上脱除Si制取石墨烯。

将表面经过氧化或H2蚀刻后的样品在高真空下(UHV; base pressure 1.32×10-8Pa)通过电子轰击加热到1000 °C以除掉表面的氧化物(多次去除氧化物以改善表面质量),用俄歇电子能谱确定氧化物被完全去除后,升温至1250-1450 °C,恒温1-20 min。

在Si表面的石墨薄片生长缓慢并且在达到高温后很快终止生长,而在C表面的石墨薄片并不受限,其厚度可达5到100层。

形成的石墨烯薄片厚度由加热温度决定[1]。

这种方法可以得到两种石墨烯:一种是生长在Si 层上的石墨烯, 由于接触Si 层,这种石墨烯的导电性能受到较大影响;另一种是生长在C 层上的石墨烯,具有优良的导电能力。

两者均受SiC 衬底的影响很大。

这种方法条件苛刻(高温、高真空)、且制得的石墨烯不易从衬底上分离出来,不能用于大量制造石墨烯。

2.2.3 氧化石墨还原法氧化石墨还原法制备石墨烯是将石墨片分散在强氧化性混合酸中,例如浓硝酸和浓硫酸,然后加入高锰酸钾或氯酸钾强等氧化剂氧化得到氧化石墨(GO)水溶胶,再经过超声处理得到氧化石墨烯, 最后通过还原得到石墨烯。

这是目前最常用的制备石墨烯的方法。

这种方法环保、高效,成本较低,并且能大规模工业化生产。

其缺陷在于强氧化剂会严重破坏石墨烯的电子结构以及晶体的完整性,影响电子性质,因而在一定程度上限制了其在精密的微电子领域的应用。

3.化学气相沉淀法制备石墨烯CVD法制备石墨烯旱在20世纪70年代就有报道,当时主要采用单晶Ni作为基体[6],但所制备出的石墨烯主要采用表而科学的方法表征,其质量和连续性等都不清楚。

随后,人们采用单晶PG PcI, It; Ru等基体在低压和超高真空中也实现了石墨烯的制备。

但直到2009年初,麻省理工学院的J K one研究组与韩国成均馆大学的I3. H.H one研究组才利用沉积有多晶Ni膜的硅片作为基体制备出大而积少层石墨烯[13],并将石墨烯成功地从基体上完整地转移下来,从而掀起了CVD法制备石墨烯的热潮。

3.1碳源目前生长石墨烯的碳源主要是烃类气体,如甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2})等。

最近,也有报道使用固体碳源sc生长石墨烯。

选择碳源需要考虑的因素主要有烃类气体的分解温度、分解速度和分解产物等。

碳源的选择在很大程度上决定了生长温度,采用等离子体辅助等方法也可降低石墨烯的生长温度。

3.2生长基体目前使用的生长基体主要包括金属箔或特定基体上的金属薄膜。

金属主要有Ni,Cu,Ru以及合金等,选择的主要依据有金属的熔点、溶碳量以及是否有稳定的金属碳化物等。

这些因素决定了石墨烯的生长温度、生长机制和使用的载气类型。

另外,金属的晶体类型和晶体取向也会影响石墨烯的生长质量。

除金属基体外,MgO等金属氧化物最近也被用来生长石墨烯,但所得石墨烯尺寸较小(纳米级),难以实际应用。

3.3 生长条件从气压的角度可分为常压、低压(105Pa-10-3Pa)和超低压(<10-5Pa);据载气类型不同可分为还原性气体(H2)、惰性气体(Ar.He)以及二者的混合气体;据生长温度不同可分为高温( > 800 0C )、中温( 600 0C-800 0C)和低温(<600 0C ),主要取决于碳源的分解温度[9]。

4.不同基体时制备特点利用化学气相沉淀法制备石墨烯时是需要基体的,一般都是以镍和铜为基体。

4.1以镍为基体石墨烯的CVD法制备最旱采用多晶Ni膜作为生长基体。

生长基体为电子束沉积的300nm的Ni膜,碳源为CH4,生长温度为10000C,载气为H2和Ar的混合气,降温速度为100C/s。

由于Ni生长石墨烯遵循渗碳析碳生长机制,因此所得石墨烯的层数分布很大程度上取决于降温速率。

由于Ni生长石墨烯遵循渗碳析碳生长机制,因此所得石墨烯的层数分布很大程度上取决于降温速率。

采用Ni膜作为基体生长石墨烯具有以下特点:石墨烯的晶粒尺寸较小,层数不均一目难以控制,在晶界处往往存在较厚的石墨烯,少层石墨烯呈无序堆叠[11]。

此外,由于Ni 与石墨烯的热膨胀率相差较大,因此降温造成石墨烯的表而含有大量褶皱。

在镍(Ni)衬底表面实现高质量单层石墨烯的可控生长。

把生长时间缩短到10秒,其结果表明碳原子在镍衬底表面以直接生长的机制形成石墨烯[10]。

这种生长机制类似于原子层沉积技术,与传统的碳原子偏析合成石墨烯的机制相比,在石墨烯的可控生长方面将具有更大的优越性。

同时发现较低的氢气流量将更加有利于实现高质量石墨烯的合成,没有氢气时合成的石墨烯表面电阻367欧姆,基本上可与在铜衬底上生长的石墨烯相媲美。

4.2以铜为基体由于采用Ni膜生长的石墨烯存在晶粒尺寸小、在晶界处存在多层石墨烯、层数难以控制等问题,美国德州大学奥斯汀分校的R .s.Ruoff研究组提出了利用Cu 箔生长单层为主的大而积石墨烯。

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