基于同步輻射動(dòng)態(tài)表征技術(shù)的石墨烯原位生長(zhǎng)研究.pdf

1、石墨烯，一種重要的單原子層厚度的二維碳結(jié)構(gòu)，由于其超高的本征載流子遷移率、機(jī)械強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)和透光性等特殊的性能，已經(jīng)引起了許多研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。生長(zhǎng)大面積高質(zhì)量單層和多層石墨烯是拓展其在納米電子器件、生物醫(yī)藥、太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器和薄固體潤(rùn)滑劑等領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。然而，最早報(bào)道的從石墨上剝離出石墨烯的方法受限于其微米尺寸的大小和低產(chǎn)量。還原氧石墨法兼具低成本和高產(chǎn)出的優(yōu)點(diǎn)，可是這種方法制備的石墨烯表現(xiàn)出較差的電性能。相比之下，碳化硅襯

2、底上可以生長(zhǎng)出大面積高質(zhì)量的石墨烯，但是碳化硅晶圓價(jià)格昂貴，而且生長(zhǎng)過(guò)程需要在高溫高真空條件下進(jìn)行，增大了制備過(guò)程的成本。最近發(fā)展出的利用化學(xué)氣相沉積法在過(guò)渡金屬表面（包括鎳、銅、釕和鉑）生長(zhǎng)石墨烯的方法滿足了人們對(duì)石墨烯的需求。在這些催化金屬中，鎳和銅由于其廉價(jià)易得和生長(zhǎng)可控的優(yōu)點(diǎn)，成為優(yōu)先選擇。由于碳在銅中極低的溶解度，銅基化學(xué)氣相沉積是一個(gè)表面催化過(guò)程，導(dǎo)致生長(zhǎng)的石墨烯基本上都是單層。而鎳在高溫條件下碳的溶解度高，碳原子在鎳晶格里

3、擴(kuò)散和沉積，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)條件，鎳襯底可以析出單層和多層的石墨烯。
　　然而，由于缺少對(duì)詳細(xì)的生長(zhǎng)機(jī)制和原位過(guò)程的深入理解，對(duì)生長(zhǎng)的控制還停留在最初的階段，還不能很好的控制石墨烯在鎳表面的生長(zhǎng)。對(duì)化學(xué)氣相沉積過(guò)程的優(yōu)化主要集中在以經(jīng)驗(yàn)為主的對(duì)碳源劑量和溫度的調(diào)控上。同步輻射的高亮度、能量可調(diào)、相干性好以及超大的設(shè)備集成空間等優(yōu)點(diǎn)在納米材料的動(dòng)態(tài)表征領(lǐng)域具有很多優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于常規(guī)表征技術(shù)，基于同步輻射的表征技術(shù)為原位、實(shí)時(shí)的材料研究提供

4、了強(qiáng)大的技術(shù)支持。因此，我們基于上海同步輻射光源14B線站，搭建了一種具有可控溫度為室溫到1400℃的原位x射線測(cè)試樣品臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣品的升溫、熱處理和降溫過(guò)程的原位x射線衍射研究。同時(shí)，我們也搭建了一種可進(jìn)行熱化學(xué)氣相沉積的原位表征裝置，為實(shí)現(xiàn)石墨烯原位生長(zhǎng)研究提供了設(shè)備支持。
　　基于自主搭建的原位化學(xué)氣相沉積裝置和上海同步輻射光源14B線站的亞秒時(shí)間分辨探測(cè)裝置，我們利用原位二維掠入射x射線衍射技術(shù)研究了鎳基化學(xué)氣相沉積