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,使得人們對高質(zhì)量、大面積、長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化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(RF-PECVD)在生長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、生長溫度、反應(yīng)壓強、沉積時間等實驗參數(shù)對薄膜生長的影響,采用SEM、EDS、TEM、AFM、XRD以及Raman光譜等表征方法對薄膜樣品的晶格缺陷程度、表面形貌、薄膜層數(shù)進行表征分析,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型等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)生長薄膜,實驗結(jié)果表明,在生長溫度700℃、反應(yīng)壓強600Pa、CH_4:H_2=15:20、生長時間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)測試系統(tǒng),通過極化曲線對不同生長溫度的樣品的耐蝕性進行了研究,并與純銅試樣進行對比分析。結(jié)果表明,隨著生長溫度的升高,其腐蝕電流密度呈現(xiàn)降低趨勢,其腐蝕電位呈現(xiàn)上升趨勢,在生長溫度700℃時緩蝕能力最強,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)利用鹽霧試驗對所制備薄膜的耐腐蝕性進行了研究,通過SEM和EDS表征對腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物進行分析,研究結(jié)果表明,隨著生長溫度的升高,石墨烯薄膜的緩蝕效果越好,在生長溫度700℃時取得最佳效果,說明采用射頻等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)所制備出的石墨烯薄膜有效地增強了試樣的耐腐蝕性。(4)采用MS-T3000摩擦磨損試驗儀對所制備薄膜的摩擦性能進行了研究,通過極差分析法研究生長溫度、氣體流量比、反應(yīng)壓強、生長時間對試樣摩擦系數(shù)的影響,結(jié)果表明,對試樣摩擦系數(shù)的影響主次因素是:生長溫度生長時間反應(yīng)壓強氣體流量比。通過納米壓痕測試發(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。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：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掃描成像。試樣為塊狀像信號可以是二次電子、背散射電子或吸收電子，其中二次像信號[64]。中采用的是產(chǎn)自德國的聚焦離子束掃描電鏡雙束工作站（Fnning electron microscopy），型號為 Zeiss FIB SEM，如圖 2.5于等于 1.0nm；放大倍數(shù) 12×~1000k×。同時，可以通過 EDS，分析樣品的元素組成和含量。

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本文編號：2828964