铜基底上生长石墨烯单晶的研究

本文ID：127369

论文字数:20082

论文编号:HG339 论文字数:20082,附任务书，开题报告，答辩PPT

摘要

作为一种新型的二维材料，在近十年中石墨烯因其各种独特的性质吸引了全世界科学家的目光。超高的电子迁移率，良好的透光性能以及很高的机械强度使其在电子及光学器件的制备领域具有广阔的应用前景。近来出现的化学气相沉积法（CVD）更是为大规模制备大面积、高质量的石墨烯铺平了道路。然而，CVD法制备的石墨烯往往是多晶的，其性质受晶界影响很大。因此接下来面临的挑战之一就是大晶畴石墨烯单晶的生长。

本文对铜基底上生长石墨烯单晶的最新进展进行了总结。在结合前人之成果的基础上，采用铜基底（包括固态铜和液态铜）催化剂尝试生长较大晶畴的石墨烯单晶。实验着重于生长窗口的探索，生长参数优化和结果表征。通过对所获得的石墨烯单晶进行光学显微镜（Optical Microscope, OM）、拉曼光谱（Raman Spectra）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）的表征，对石墨烯的生长机理进行了研究，并对影响生长结果的诸多因素给予了解释。

关键词：石墨烯单晶；化学气相沉积法；铜基底；生长机理

ABSTRACT

....

Key words: single-crystal graphene；CVD； copper substrate； growth mechanism

第一章绪论1

1.1石墨烯简介1

1.1.1石墨烯的结构和性质简介1

1.1.2石墨烯的表征方法1

1.1.3石墨烯的制备方法2

1.2石墨烯单晶3

1.2.1石墨烯单晶简介3

1.2.2石墨烯单晶生长的现状4

1.2.2.1使用电抛光和高压退火铜生长毫米级单晶5

1.2.2.2使用铜卷生长毫米级单晶7

1.2.2.3使用再固化铜生长毫米级单晶8

1.2.2.4使用富氧铜生长毫米级单晶10

1.3论文选题与研究思路11

第二章铜基底上生长石墨烯单晶13

2.1实验设备及CVD法生长石墨烯原理简介13

2.1.1实验设备和材料13

2.1.2CVD原理简介13

2.2实验方案设计14

2.3固态铜基底上CVD法制备石墨烯单晶15

2.3.1实验过程15

2.3.1.1基底的前处理15

2.3.1.2CVD处理过程16

2.3.2固态铜生长石墨烯单晶生长窗口的探索17

2.3.2.1温度的优化17

2.3.2.2退火时间的优化18

2.3.2.3生长气体流量的优化18

2.3.2.4生长时间的优化20

2.3.2.5最优条件下的生长结果20

2.4液态铜基底上CVD法制备石墨烯单晶21

2.4.1实验过程21

2.4.1.1基底控制21

2.4.1.2CVD处理过程22

2.4.2液态铜生长石墨烯单晶生长窗口的探索22

2.4.2.1生长气体流量的优化22

2.4.2.2生长时间的优化23

2.4.2.3最优条件下的生长结果23

第三章铜基底生长石墨烯单晶的机理探讨25

3.1铜基底生长石墨烯单晶的机理25

3.1.1甲烷的高温催化分解25

3.1.2石墨烯单晶的成核与生长26

3.1.3氢的作用27

3.2降温过程对石墨烯单晶生长的影响29

3.2.1降温速率对单晶生长的影响29

3.2.2降温时保护性气氛的影响30

第四章总结与展望33

参考文献35

致谢40