石墨烯是一種僅單原子厚度的單層石墨,具有六方蜂巢狀晶格結(jié)構(gòu),由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu),使其具有優(yōu)異的物理、化學(xué)特性。石墨烯具有極好的熱學(xué)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性,片層間具有較低的剪切力,因此,石墨烯在耐腐蝕和抗摩減摩領(lǐng)域潛力巨大。由于石墨烯的優(yōu)異性能和廣闊的應(yīng)用前景,使得人們對(duì)高質(zhì)量、大面積、長(zhǎng)程有序的石墨烯薄膜的制備產(chǎn)生了濃厚的興趣。本文采用射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(RF-PECVD)在生長(zhǎng)溫度較低的條件下制備了石墨烯薄膜。本文探究了不同氣體流量比、生長(zhǎng)溫度、反應(yīng)壓強(qiáng)、沉積時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)薄膜生長(zhǎng)的影響,采用SEM、EDS、TEM、AFM、XRD以及Raman光譜等表征方法對(duì)薄膜樣品的晶格缺陷程度、表面形貌、薄膜層數(shù)進(jìn)行表征分析,獲得了制備石墨烯薄膜的最佳工藝參數(shù),以銅箔為基底在該工藝參數(shù)條件下成功制備出了石墨烯薄膜。研究了不同工藝參數(shù)對(duì)薄膜的耐蝕性、抗摩減摩性、彈性模量及硬度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:(1)采用PECVD400型等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)生長(zhǎng)薄膜,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在生長(zhǎng)溫度700℃、反應(yīng)壓強(qiáng)600Pa、CH_4:H_2=15:20、生長(zhǎng)時(shí)間40min、射頻功率200W工藝條件下制備出了多層石墨烯薄膜。(2)采用AUTOLAB電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)極化曲線對(duì)不同生長(zhǎng)溫度的樣品的耐蝕性進(jìn)行了研究,并與純銅試樣進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,隨著生長(zhǎng)溫度的升高,其腐蝕電流密度呈現(xiàn)降低趨勢(shì),其腐蝕電位呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在生長(zhǎng)溫度700℃時(shí)緩蝕能力最強(qiáng),其腐蝕電位為0.1V,較純銅試樣提高了0.3V左右,其腐蝕電流密度較純銅有明顯降低。(3)利用鹽霧試驗(yàn)對(duì)所制備薄膜的耐腐蝕性進(jìn)行了研究,通過(guò)SEM和EDS表征對(duì)腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明,隨著生長(zhǎng)溫度的升高,石墨烯薄膜的緩蝕效果越好,在生長(zhǎng)溫度700℃時(shí)取得最佳效果,說(shuō)明采用射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)所制備出的石墨烯薄膜有效地增強(qiáng)了試樣的耐腐蝕性。(4)采用MS-T3000摩擦磨損試驗(yàn)儀對(duì)所制備薄膜的摩擦性能進(jìn)行了研究,通過(guò)極差分析法研究生長(zhǎng)溫度、氣體流量比、反應(yīng)壓強(qiáng)、生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)試樣摩擦系數(shù)的影響,結(jié)果表明,對(duì)試樣摩擦系數(shù)的影響主次因素是:生長(zhǎng)溫度生長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)壓強(qiáng)氣體流量比。通過(guò)納米壓痕測(cè)試發(fā)現(xiàn),薄膜的彈性模量和硬度值隨著溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TB383.2;TQ127.11
【部分圖文】：

圖 1.1 石墨烯.2 所示，石墨烯是碳家族成員中其他維度材料的基本構(gòu)成、堆疊成零維的富勒烯（C60）、一維碳納米管（CNTs）、存在表明二維的單層石墨烯結(jié)構(gòu)表面并非平整，表面存維持了石墨烯二維晶體的穩(wěn)定性[18、19]。

RF-PECVD系統(tǒng)

圖 2.4 激光拉曼光譜儀描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）電鏡是用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣為塊狀像信號(hào)可以是二次電子、背散射電子或吸收電子，其中二次像信號(hào)[64]。中采用的是產(chǎn)自德國(guó)的聚焦離子束掃描電鏡雙束工作站（Fnning electron microscopy），型號(hào)為 Zeiss FIB SEM，如圖 2.5于等于 1.0nm；放大倍數(shù) 12×~1000k×。同時(shí)，可以通過(guò) EDS，分析樣品的元素組成和含量。

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