蓝宝石上石墨烯的近程催化生长研究
PECVD法制备石墨烯过程中不同生长阶段H2的作用分析
PECVD法制备石墨烯过程中不同生长阶段H2的作用分析黄光宏;李迪;李娜;甄真;王鑫;许振华
【期刊名称】《真空》
【年(卷),期】2024(61)1
【摘要】石墨烯作为一种性能独特的新型二维材料,在航空航天、电子器件、医学生物等领域具有巨大的发展潜力。
采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法,以铜箔为基底,利用氢气和甲烷混合气体制备了石墨烯,研究了生长及冷却阶段H2对石墨烯形核及生长的作用机理。
结果表明:在PECVD过程中,石墨烯生长前采用H2等离子体对铜基底预刻蚀会导致基底粗糙度增加,从而产生较多的形核位点,不利于低密度大尺寸石墨烯晶粒的生长;生长过程中H2会对多层石墨烯刻蚀,较高的H2流量下可以形成单层石墨烯;生长结束后通入H2保温一定时间,石墨烯会被刻蚀成条带状,这种刻蚀随着保温时间的延长而加剧。
【总页数】7页(P34-40)
【作者】黄光宏;李迪;李娜;甄真;王鑫;许振华
【作者单位】中国航发北京航空材料研究院;新疆中油建筑安装工程有限责任公司【正文语种】中文
【中图分类】TB322
【相关文献】
1.纳米银/石墨烯SERS基底的制备及石墨烯作用机制
2.蓝宝石衬底上PECVD生长石墨烯及其气敏传感器
3.石墨烯/铝基复合材料在纳米压痕过程中位错与石墨烯相
互作用机制的模拟研究4.我国研究人员提出石墨烯CVD生长新思路，石墨烯三维体材料宏量制备取得重要突破5.PECVD生长垂直石墨烯的场发射特性研究
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石墨烯光催化材料及其在环境净化领域的研究进展
第４８卷２０２０年７月第７期第１－１３页材 料 工 程ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．４８Ｊｕｌ．２０２０Ｎｏ．７ｐｐ．１－１３石墨烯光催化材料及其在环境净化领域的研究进展Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ杨 程，时双强，郝思嘉，褚海荣，戴圣龙（中国航发北京航空材料研究院，北京１０００９５）ＹＡＮＧＣｈｅｎｇ，ＳＨＩＳｈｕａｎｇ ｑｉａｎｇ，ＨＡＯＳｉ ｊｉａ，ＣＨＵＨａｉ ｒｏｎｇ，ＤＡＩＳｈｅｎｇ ｌｏｎｇ（ＡＥＣＣＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ）摘要：石墨烯作为一种导电率高、比表面积大、化学稳定性强的新型二维碳材料，在光催化技术领域显示出广阔的应用前景。
本文综述石墨烯及其复合材料在光催化领域中的研究进展。
首先介绍光催化基本原理与石墨烯的优异性能，总结石墨烯在复合光催化材料中的基本作用，即促进光生电子的传输、扩大光吸收强度和范围、提升吸附作用等。
然后介绍各种石墨烯光催化复合材料（石墨烯／无机半导体、石墨烯／有机半导体、石墨烯／金属纳米粒子）及其多种合成方法。
同时进一步阐述石墨烯光催化材料在环境净化领域中的应用，重点介绍在空气净化、水中微量污染物净化及废水处理方面的应用。
最后指出目前的石墨烯光催化材料仍然存在催化效率低、成本高、不能实现大规模生产等问题，而对其结构及制备工艺等进行优化有望改善材料性能，提高其实际应用价值。
关键词：石墨烯；光催化；环境净化犱狅犻：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ４３８１．２０１９．０００８９２中图分类号：Ｏ６４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１ ４３８１（２０２０）０７ ０００１ １３犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｓａｎｏｖｅｌ２Ｄｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｆｅａｔｕｒｉｎｇｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｎｄｒｅｍａｒｋａｂｌｅｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｇｒａｐｈｅｎｅｈａｓｓｈｏｗｎｉｔｓｐｒｏｍｉｓｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｇｒａｐｈｅｎｅａｌｏｎｇｗｉｔｈｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｓｐｈｏ ｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｔｈｅｅｘｃｅｐ ｔｉｏｎａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｗｅｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｒｏｌｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｐｌａｙｅｄｉｎｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｗｅｌｌｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｐｈｏｔｏｇｅ ｎｅｒａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｎｓ，ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｅｘｐａｎｄｉｎｇｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｌｉｇｈｔａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄｅｎｈａｎｃｉｎｇａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ．Ａｖａｒｉｅｔｙｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｉｎｏｒｇａｎｉｃｓｅｍｉ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｏｒｇａｎｉｃｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｎｄｇｒａｐｈｅｎｅ／ｍｅｔａｌｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｒｓｙｎ ｔｈｅｓｉｚｉｎｇｒｏｕｔｅｓｗａｓｇｒｏｕｐｅｄｂｙｃａｔｅｇｏｒｉｅｓａｎｄｒｅｖｉｅｗｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌ ｌｙ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅａｉｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｗａｔｅｒｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｎｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔｗａｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅ ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｓｔｉｌｌｈａｖｅｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈａｓｌｏｗｃａｔａｌｙｔｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｈｉｇｈｃｏｓｔ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｉｎｒｅａｌｉｚｉｎｇｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅ ｔｅｒｓｉｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｉｒｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ 随着社会的发展，能源、环境等问题日益突出，一方面，人类对石油燃料的需求越来越大，由于其不可再材料工程２０２０年７月生的特性，使得人类面临着严峻的能源危机；另一方面，工业生产、日常生活产生的各种污染物肆意排放，不仅影响人类的健康，更对生态环境造成极大的破坏。
二硫化钼—石墨烯异质结的制备与研究
二硫化钼—石墨烯异质结的制备与研究一、本文概述本文主要关注二硫化钼—石墨烯异质结的制备与研究。
我们将详细介绍这种异质结的结构特性，制备方法，以及其在不同领域中的应用前景。
我们将首先概述二硫化钼和石墨烯的基本性质，包括它们的电子结构、物理和化学性质，以及它们在纳米材料和电子器件中的应用。
然后，我们将详细讨论如何将这两种材料结合形成异质结，并探索其独特的物理和化学性质。
我们还将探讨二硫化钼—石墨烯异质结在电子器件、能源转换和存储、传感器以及催化剂等领域中的潜在应用。
我们将总结目前的研究进展，并展望未来的研究方向。
通过本文的阐述，我们希望能够为二硫化钼—石墨烯异质结的研究和应用提供有益的参考和指导。
二、二硫化钼—石墨烯异质结的制备方法二硫化钼—石墨烯异质结的制备是材料科学领域的一个研究热点，其独特的结构和性质使得这种异质结在电子器件、能源存储和催化等领域具有广阔的应用前景。
本文介绍了几种常见的制备方法，包括化学气相沉积法、溶液法和物理气相沉积法等。
化学气相沉积法（CVD）是一种常用的制备二硫化钼—石墨烯异质结的方法。
该方法通过在高温条件下，利用气体中的前驱体分子在催化剂表面发生化学反应，从而生长出所需的异质结材料。
通过精确控制反应条件和催化剂的选择，可以实现大面积、高质量的二硫化钼—石墨烯异质结的制备。
溶液法是一种相对简单的制备异质结的方法，主要利用溶液中的前驱体分子通过化学反应或自组装过程生成异质结。
该方法可以在较低的温度下进行，且易于实现规模化生产。
然而，溶液法可能面临制备过程中杂质引入和结晶度控制等问题。
物理气相沉积法（PVD）则是一种通过物理过程如蒸发、溅射等将二硫化钼和石墨烯材料沉积到基底上制备异质结的方法。
这种方法可以精确控制材料的组成和结构，但设备成本较高，且制备过程相对复杂。
在制备二硫化钼—石墨烯异质结时，还需要考虑异质结界面工程的问题。
通过调控界面结构和性质，可以进一步优化异质结的性能。
催化剂在石墨烯合成中的应用
催化剂在石墨烯合成中的应用石墨烯，一种由碳原子构成的单层二维晶体，在其发现之后便引起了科学界的高度关注。
它拥有极高的机械强度、热导率和电导率，具有广泛的应用前景，如电子器件、传感器、能量存储等。
然而，石墨烯的制备一直是挑战性的科学问题之一。
在这个过程中，催化剂的作用不可忽视，为石墨烯的制备提供了重要的辅助和帮助。
1. 石墨烯的制备石墨烯可以通过多种方法制备，其中化学气相沉积法(CVD)是最常用的方法之一。
该方法采用金属基底催化剂，如铜、镍等，作为反应介质和石墨烯生长的基础，将碳源气体(一般是甲烷、乙烯等)导入反应体系中，利用高温(800-1000 ℃)和低压(1-10 Torr)条件下促进碳源气体的热解和沉积，最终形成单层或多层的石墨烯膜。
2. 催化剂在石墨烯制备中的作用金属基底催化剂在石墨烯制备过程中发挥着至关重要的作用。
它们不仅提供了石墨烯的生长基底，还可以降低制备温度、提高石墨烯的生长速率和质量。
此外，催化剂还可以对碳源气体进行催化分解、加速石墨烯的生长，同时还可以调节石墨烯的形态和晶格结构。
3. 催化剂的选择和改性在石墨烯的制备过程中，金属基底催化剂的选择对石墨烯的质量和生长速率有着重要的影响。
一般而言，镍和铜是比较常用的催化剂，但不同的催化剂对应不同的制备条件和石墨烯品质。
比如，镍催化剂可以在低于800℃的温度下制备单层石墨烯，而在高温条件下则可能出现多层、HOPG等结构，而铜则相反。
另外，人们也研究和改进了一些新型的催化剂，如芳香族化合物、有机物质等，在提高石墨烯质量、降低生产成本等方面开展了新的尝试。
4. 催化剂削蚀对石墨烯制备的影响在石墨烯的制备过程中，催化剂削蚀是一个难以避免的现象，它会产生不利的影响。
催化剂削蚀可能导致石墨烯聚集、杂质含量增加、结构失稳等问题，从而影响石墨烯的质量和性能。
为了减少催化剂削蚀的影响，人们在催化剂表面进行了改性和修饰，如添加微量元素、修饰表面化学性质等。
拉曼光谱表征石墨烯材料研究进展_李坤威 2017
band of Ｒaman spectra has deviation in different degree on various substrates，by observing Ｒaman spectroscopies of
graphene on indium tin oxide，sapphire，and glass substrate，the conclusion that the intensity of 2D band can
图 4 沉积在玻璃基底上的单层石墨烯拉曼光谱［27］ Fig． 4 Ｒaman spectrum of single layer graphene on glass substrate［27］
图 5 为沉积在玻璃基底上的双层石墨烯的拉 曼光谱。在光谱中 4 个子峰仍存在，这遵循了石 墨烯的二级双共振模式［29］。
关键词 石墨烯 基底 掺杂
Ｒesearch Progress in Ｒaman Spectroscopy Characterization of Graphene Materials
Li Kunwei1 ， Hao Huanhuan2 ， Liu Jingbing2* ， Wang Hao2
（ 1 China National Institute of Standardization，Beijing 100142； 2 The College of Materials Science and Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124）
导体材料［30］。 零 带 隙 结 构 使 石 墨 烯 电 子 器 件 开 关比低，且漏电流大。通过掺杂可以有效地打开 石墨烯的带隙，这是其应用于电子信息器件的必 要条件，而拉曼光谱是检测掺杂效应的理想工具。
Science：看见单原子催化石墨烯生长！
Science：看见单原子催化石墨烯生长！单原子催化剂因为其更高的金属利用率，更高的催化活性，近年来受到广泛研究。
从配位的角度来说：和台阶位等活性位相比，单个金属原子活性位具有最低的配位数，表现出更优异的化学反应活性，譬如CO氧化、WGS反应等均已验证这一点。
第一作者：Laerte L. Patera通讯作者：Laerte L. Patera第一单位：里雅斯特大学（意大利）图1. 单原子催化CO氧化B. Qiao, T. Zhang, Single-atom catalysis of CO oxidation using Pt1/FeOx. Nat. Chem.2011, 3, 634–641.有趣的是，在高温固体表面往往也存在一种特殊的单原子——移动吸附原子。
这种单个的移动吸附原子在固体表面以及固液界面的各种化学过程中起到重要作用。
其中，石墨烯经典的CVD生长过程中，就存在这种单原子催化的行为。
理解这种单原子催化过程，将为精确控制石墨烯生长带了许多新的思路。
然而，在原子尺度实时观察这些超快速反应现象是一个重要挑战！有鉴于此，意大利里雅斯特大学的Laerte L. Patera课题组发展了一种实时成像技术，可以“看见”Ni表面的单原子催化石墨烯生长过程。
图2. 石墨烯沿着Z和K边生长众所周知，Ni是CVD生长石墨烯的重要基底，也是重要催化剂。
研究人员以Ni(111)作为生长基底，通过高分辨扫描隧道显微镜实时原位成像技术，从原子尺度和毫秒时间分辨率上发现，石墨烯边界kink 位点上，单个Ni原子参与到催化生长过程中。
基于DFT计算和反应路径的分子模拟，研究人员认为，单个的Ni吸附原子有效降低了反应能垒，是石墨烯CVD生长过程中C原子不断增加的驱动力。
图3. 石墨烯边界的Ni吸附原子图4. 石墨烯可能生长路径总之，这项研究实现了从单原子和毫秒微观尺度对石墨烯CVD生长机理深入理解，为高品质石墨烯的规模化生长提供了新的理论基础。
pecvd法制备石墨烯的生长机理及其应用研究
pecvd法制备石墨烯的生长机理及其应用研究石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构材料，具有超薄、高导电性、高热导性等优异的性质，因此在材料科学、电子学和能源领域具有广泛的应用前景。
PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法是一种常用的制备石墨烯的方法，其生长机理和应用研究对于石墨烯的进一步发展具有重要的指导意义。
PECVD法制备石墨烯的生长机理与其他方法相比较复杂，但是其利用电解离的等离子体形成的活性物种和碳源进行反应的方式，可以实现高质量、大面积的石墨烯生长。
具体来说，PECVD法使用的常见碳源有甲烷、乙烯等，通过激活等离子体产生的活性物种与碳源分子发生反应，使得碳原子逐层沉积在衬底上形成石墨烯。
在生长过程中，衬底表面导电性的选择以及控制衬底温度、气氛组成和射频功率等参数对石墨烯的形貌和性质具有重要影响。
石墨烯作为一种前沿材料，具有广泛的应用前景。
首先，石墨烯在电子学领域的应用方面具有潜力巨大。
由于其高电子迁移率和透明性，石墨烯可用于制造更小、更快、更高效的电子产品。
其次，石墨烯在能源领域也有广泛的应用。
石墨烯具有良好的导电性和热导性，能够作为电池、超级电容器等能源存储和转换器件的理想材料。
此外，石墨烯还可用于制备柔性电子设备、传感器和光学器件等。
然而，目前的PECVD法在制备石墨烯方面还存在一些问题和挑战。
首先，制备石墨烯的过程需要高温和高真空条件，制备过程较为复杂。
其次，大面积的石墨烯生长过程中，可能会出现石墨烯收缩和裂纹等问题，限制了其应用范围。
因此，今后的研究应该致力于寻找更加有效且简单的制备石墨烯的方法，并且进一步提高石墨烯的质量和可控性。
总之，PECVD法制备石墨烯的生长机理和应用研究对于石墨烯领域的发展具有重要的指导意义。
随着技术的不断进步，相信PECVD法在石墨烯制备领域仍然具有巨大的潜力，将推动石墨烯在材料科学、电子学和能源领域的应用实现更大的突破和发展。
ReX2(X=S,Se):二维各向异性材料发展的新机遇
ReX2(X=S,Se)：二维各向异性材料发展的新机遇王人焱;甘霖;翟天佑【摘要】二维材料因其不同于体相的超薄原子结构、大的比表面积和量子限域效应等受到了人们的广泛关注.二维各向异性材料作为二维材料家族的一员,其取向依赖的物理和化学性质,使得对该类材料性能的选择性优化成为可能.过渡金属Re基硫属化合物作为各向异性材料的典型代表,具有可调的可见光波段吸收带隙,极弱的层间耦合作用力,以及各向异性的光学、电学性能,现已成为电子和光电子领域的研究热点之一.本文主要介绍了ReX2(X=S,Se)的晶体结构和基本性质,总结目前该材料体系主流的合成方法,研究其各向异性物理特性及优化的手段和条件,并对ReX2的制备和发展进行了展望.%Two dimensional (2D) materials have attracted wide attention due to their ultrathin atomic structure, large specific surface area and quantum confinement effect which are remarkably different from their bulk counterparts.Anisotropic materials are unique among reported 2D materials.Their orientation-dependent physical and chemical properties make it possible to selectively improve the performance of materials.As representative examples, Re-based transition metal dichalcogenides (Re-TMDs) have tunable bandgaps in visible spectrum, extremely weak interlayer coupling, and anisotropic properties in optics and electronics, which make them attractive in the application areas of electronics and optoelectronics.In this riviev, the unique crystal structures and intrinsic properties of the Re-based TMDs semiconductors are introduced firstly, and then the synthetic method is introduced, followed by discussion on the unique physical characterizations and optimized means.Finally,prospects and suggestions are put forward for the preparation and research of ReX2.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】16页(P1-16)【关键词】各向异性;ReS2;ReSe2;综述【作者】王人焱;甘霖;翟天佑【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院, 材料成型与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院, 材料成型与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院, 材料成型与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TQ174超薄的原子结构和巨大的比表面积赋予二维材料不同于体相的光学、电子学、磁学等方面独特的物理性质。
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关 键 词 ：石 墨 烯 生 长 ； 近 程 催化 ； 化 学 气相 沉 积 ； 蓝 宝石
中 图 分 类 号 ：０ ６ ４ ６ ； Ｔ Ｂ ３ ； Ｔ Ｇ１ １ ５ ． ２ １ ５ ． ７ 文 献标 识 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． １ ０ ０ ０ ． ６ ２ ８ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ０ １
生长 时 ， 先把 氢 气 的流量 降到 ０ ． ８ ｓ ｃ ｃ ｎ ｌ ， 压 强 降 到
１ ０ ０ Ｐ ａ ， 然后通 入 １～ ５ ｓ ｃ ｃ ｍ 的 甲烷 。这 个低 压 生 长
学 性质 ， 石 墨烯 需 要 转 移 到其 他 衬 底 上 。虽 然 现 在 已经发 展 出 了把 金 属腐蚀 掉 并把 石墨 烯转 移到 其他 衬底 上 的方 法 ， 但 众所 周 知 转 移 过程 中 引入 的污 染 和石 墨 烯 的 折 叠 会 很 大 程 度 上 降 低 石 墨 烯 的质 量 。因此在 绝 缘 衬 底 上 制 备 石 墨 烯 就 成 了 一 个 热 门 的研 究 课题 。金 属 表 面上 ， 能 长 出 高 品质 石 墨
石 墨 烯特 殊 的性 质 使 得 它 在 物 理 ， 材 料科 学 和 其 他很 多 领域 引起 了越 来越 多 的关 注 。预期 这种 材
料 可 能在 各 个 领 域 发 现 它 的 应 用 价 值 。大 规 模
１ 实 验 方 法
把 蓝宝 石 衬 底 （ ０ ０ ０ １ ） 放 到 氧 气 中退 火 以获 得 原 子级平 整 的 台 阶。然 后 把 它 正 面朝 下 盖 在 铜 箔 上， 并使 二者 紧 密接 触 。接着 把 它 们 推 入水 平 石 英 管式 炉 中 。首先把 管 式 炉 的温 度 升 到生 长 的温 度 ， 升 温过程 中通 人 １ ０ ０ ｓ ｃ ｃ ｍ 的氩 气 和 ２ ０ ｓ ｃ ｃ ｍ 的氢 气 。
第 ３ ２卷 第 ５期
２ ０１ ３年 １
报
Ｖｏ ｌ ＿ ３２． Ｎｏ ． ５
２ Ｏ１ ３— １ Ｏ
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ Ｓ ｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｙ
长有 石墨 烯 的 蓝 宝 石 的 形 貌 。用 激 光 激 发 波 长 为
用 。一是 催 化含碳 基元 的沉 积 ， 二是 提 供 一 个 能 使
含碳 基元 结 合形 成石 墨烯 的表 面 。金 属 的催 化 剂有 包括 降低 生 长过 程 的热 阈值等 诸 多优点 。在本
文中， 让 铜箔 和衬 底 紧密 接触 ， 以此 来利 用金 属 表面
文章编 号 ： １ ０ ０ ０ ￣２ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ ３ ６ ５ — ０ ７
蓝 宝石 上石 墨烯 的近 程 催 化 生 长研 究
施 图万， 陈建 辉 ， 吴 孝 松 ， 俞 大鹏
（ 北 京 大学 物理 学 院 ， 北京 １ ０ ０ ８ ７ １ ）
摘 要 ：在 半 导 体 或 者 绝 缘 衬 底 上 利 用 化 学 气 相 沉 积 方 法 生 长 石 墨 烯 和 在 金 属 上 生 长 石 墨 烯 相 比 具 有 很 明 显 的 优势 ， 它 克 服 了前 期 转 移 石 墨烯 时 引入 的 杂 质 污 染 和 缺 陷产 生 的 问题 。本 文提 出 了一 种 新 的 近 程 催 化 的 方 法 可 以 在 蓝 宝石 衬 底 上 直接 进 行 石 墨 烯 的 生 长 。该 方 法利 用 了金 属 作 为 催 化 剂 的 优 势 ， 又 避 免 了 转 移 石 墨 烯 的 过 程 。 该 方 法 能 制 备 出 完全 覆 盖 衬 底 的 石 墨 烯 ， 同 时 石 墨 烯 畴 的 大 小接 近 １ Ｄ ｍ。 基 于 生 长 过 程 中石 墨 烯 的 成 核 和 畴 的 生
生 长 高质 量 的石墨 烯材 料是 它实 现工 业化 应用 的 重 要 步骤 。因为 在过 渡金 属表 面 能合成 出 高单 晶质 量 的大尺 寸 石墨烯 ， 因此在 过渡 金属 表 面 ， 利 用化 学气 相 沉积 方 法生 长 的石墨 烯很 有大 规模 应用 的可 能性
前 景 。但 为 了 探 究 这 种 方 法 生 长 的石 墨 烯 的 电
５ １ ４ ｎ ｍ 的拉 曼 光谱来 对 石墨烯 的 特征峰 进行 表征 。
２ 结 果 与讨 论
首先 探究 甲烷 浓度对 这 种两 步式 的铜 近程催 化
催化 作用 的优势 ， 同时 利 用 蓝 宝 石衬 底 原 子 级 平 整 的表 面来 进行 石 墨烯 的生 长 。利用 所述 的 近程催 化 方法 ， 本 文发 现 了石 墨烯 岛 的成 核 和 岛的长 大现 象 。
它 的尺寸 趋 近 于 １ Ｉ ｘ ｍ。衬 底 上 石 墨 烯 的全 覆 盖 也
得 到 了实 现 。
作用 生长 的石 墨烯 的 影 响 。通 过 改 变 甲烷 的 流量 （ 从 １ ｓ ｃ ｃ ｍ到 ４ ｓ ｃ ｃ ｍ） ， 同时 保证 其他 的生 长 参 数不 变， 发 现单 晶蓝 宝石 表 面 石 墨 烯 的成 核 和 生 长 过 程
烯 的原 因 可 能 是 下 述 的金 属 表 面 对 生 长 的 两 个 作
过程维持 ３ ０ ａ ｒ ｉ ｎ 。低 压 阶段 结 束 后 ， 把 压 强 调 到
４ ０ ０ Ｐ ａ ， 其 他 生 长 参 数 不 变 。这 个 高 压 生 长 过 程 持
续６ ０ ｍ ｉ ｎ 。生 长结 束后 ， 关 闭管式 炉 ， 同时把 氢气 从 ０ ． ８ ｓ ｃ ｃ ｍ调 回到 ２ ０ ｓ ｃ ｃ ｍ。 自然冷却 到 室温 后关 闭管 式炉 气路 。利 用原 子力 显微 镜 的轻敲模 式来 表 征生