氧化性氣體調(diào)控石墨烯的化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)研究.pdf

1、二維材料由于其優(yōu)異的性能與應(yīng)用前景吸引了廣泛的關(guān)注。過(guò)去的幾年內(nèi)，大量具有豐富價(jià)值的關(guān)于石墨烯的研究工作無(wú)疑讓石墨烯成為最具代表性的二維材料。精確控制石墨烯制備的方法對(duì)于調(diào)控材料的特性與相關(guān)理化性質(zhì)是非常重要的問(wèn)題。其中，化學(xué)氣相沉積（CVD）法兼具高質(zhì)量和低成本的特點(diǎn)，是最有望實(shí)現(xiàn)這一目的石墨烯制備方法。另一方面，該方法為研究二維晶體材料的制備與相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題的研究提供了良好的平臺(tái)，同時(shí)也為調(diào)控材料制備及后續(xù)相關(guān)處理工藝從而實(shí)現(xiàn)特殊的應(yīng)

2、用提供了廣闊的空間。因此，石墨烯的CVD生長(zhǎng)不僅是一項(xiàng)材料制備技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)還能為后續(xù)應(yīng)用的相關(guān)工藝提供良好的條件。理解石墨烯的內(nèi)在生長(zhǎng)機(jī)理，是實(shí)現(xiàn)調(diào)控材料的合成工藝與相關(guān)應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。本文主要討論了石墨烯CVD法制備的兩個(gè)主要問(wèn)題：大面積單晶的可控制備與晶界的形成機(jī)制。
　　本文的主要內(nèi)容如下：
　?。?）石墨烯中的晶疇與晶界的分布是影響其性質(zhì)的關(guān)鍵因素。在生長(zhǎng)過(guò)程中控制石墨烯晶界的形成是極其重要的問(wèn)題。首先，本文結(jié)合

3、石墨烯的刻蝕、空氣微弱氧化和透射電子顯微技術(shù)研究了CVD石墨烯片中的晶疇與晶界。通過(guò)將晶疇、晶界、石墨烯片的各種幾何形貌、石墨烯刻蝕的形貌與生長(zhǎng)工藝聯(lián)系起來(lái)，提出了一種可以通過(guò)石墨烯片外部幾何形貌與刻蝕的圖案來(lái)預(yù)測(cè)所有情形下晶界分布特征的方法。通過(guò)判斷得出結(jié)論，石墨烯晶界是連續(xù)的直線，并且是石墨烯片邊界所構(gòu)成的角的角平分線。此外，電學(xué)測(cè)量表明晶界能夠阻礙載流子的傳輸。本工作在調(diào)控石墨烯晶界生長(zhǎng)的問(wèn)題上取得了重大進(jìn)展。
　?。?）控

4、制石墨烯 CVD制備過(guò)程中的生長(zhǎng)行為是制備高質(zhì)量石墨烯的重要問(wèn)題。抑制成核密度是控制大面積單晶石墨烯生長(zhǎng)的重要問(wèn)題之一。本文發(fā)現(xiàn)氧化性氣體對(duì)石墨烯有較強(qiáng)的刻蝕作用，并能極大影響石墨烯的成核與生長(zhǎng)速度。通過(guò)精確控制體系中氧氣的含量，實(shí)現(xiàn)了尺寸達(dá)到1 cm的六邊形單晶石墨烯晶疇的制備。
　?。?）大面積單晶石墨烯的快速制備是實(shí)現(xiàn)石墨烯低成本制造與應(yīng)用的關(guān)鍵。較快的生長(zhǎng)速度和低成核密度是大面積單晶石墨烯制備的兩個(gè)主要問(wèn)題。然而，通過(guò)調(diào)節(jié)