發(fā)布時(shí)間：2017-10-13 13:27

  本文關(guān)鍵詞：化學(xué)氣相沉積石墨烯的電化學(xué)鼓泡分離機(jī)制研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 CVD 電化學(xué)鼓泡法 密閉空腔 阻擋層

【摘要】：石墨烯是一種在眾多領(lǐng)域都有巨大應(yīng)用潛力的新型二維材料,自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來,就受到人們深入而廣泛的研究,包括在光電子學(xué)、材料學(xué)以及微生物學(xué)等領(lǐng)域都有豐碩的研究成果,這主要得益于它獨(dú)特的性能。目前制約石墨烯發(fā)展的一個(gè)重要問題是如何把用化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備的石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上而最大程度地降低對(duì)石墨烯的損壞。傳統(tǒng)的腐蝕基底法成本高、對(duì)環(huán)境污染大并且會(huì)給石墨烯帶來不可避免的缺陷,而與之相對(duì)應(yīng)的電化學(xué)鼓泡法雖然解決了金屬不被腐蝕的缺點(diǎn),但轉(zhuǎn)移后的石墨烯完整性卻比腐蝕基底法差,主要是目前對(duì)電化學(xué)鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯的微觀機(jī)制還不清楚。本論文在前人的基礎(chǔ)上,用CVD法在金屬Pt上制備了大面積的石墨烯,并用優(yōu)化了的電化學(xué)鼓泡法進(jìn)行轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移后的石墨烯質(zhì)量有了極大的提高,隨后分析了質(zhì)量改善的原因并首次提出了鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯的內(nèi)在微觀機(jī)制。具體內(nèi)容如下:1.優(yōu)化了CVD生長(zhǎng)石墨烯的生長(zhǎng)溫度、降溫速率以及氣體流量比等條件,用CVD法生長(zhǎng)了大面積的單層石墨烯。2.根據(jù)前期的猜想,設(shè)計(jì)了用聚四氟乙烯(PTFE)薄膜作為隔絕水和H~+離子透過PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的阻擋層的實(shí)驗(yàn)方案,對(duì)和只用PET框作石墨烯的上層支撐層(未做隔絕處理)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)用聚四氟乙烯薄膜的樣品轉(zhuǎn)移的石墨烯質(zhì)量明顯更好。3.分析了用聚四氟乙烯薄膜的樣品轉(zhuǎn)移的石墨烯出現(xiàn)撕裂痕跡的原因,即聚四氟乙烯薄膜(生料帶)本身在一個(gè)特定方向容易撕裂。為進(jìn)一步減小阻擋層對(duì)石墨烯帶來的應(yīng)力影響,創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了用密閉空腔來隔絕水和H~+離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明轉(zhuǎn)移的石墨烯質(zhì)量非常高。4.根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,系統(tǒng)分析了水和H~+離子透過PMMA對(duì)轉(zhuǎn)移過程的影響,首次提出了電化學(xué)鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯的微觀機(jī)制,即未做隔絕處理時(shí),水和H~+離子透過PMMA后,會(huì)在石墨烯/PMMA的界面產(chǎn)生H2氣泡,并且水和H~+會(huì)部分的進(jìn)一步透過石墨烯,在石墨烯/Pt界面也產(chǎn)生H2氣泡。這個(gè)過程發(fā)生在四周氣泡進(jìn)入樣品中央之前,所以兩面都懸空的石墨烯必然會(huì)斷裂進(jìn)而發(fā)生破洞和褶皺現(xiàn)象。通過對(duì)比做了隔絕處理與未做隔絕處理的樣品中央轉(zhuǎn)移過程中是否出現(xiàn)了H2氣泡,進(jìn)一步證明了觀點(diǎn)的正確性。5.對(duì)用密閉空腔處理的樣品轉(zhuǎn)移的石墨烯進(jìn)行了掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、拉曼光譜以及載流子遷移率檢測(cè),證明轉(zhuǎn)移后的石墨烯具有很高的質(zhì)量。6.作為石墨烯的應(yīng)用部分,簡(jiǎn)介了一種可控制備基于垂直石墨烯的納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)的工藝方法,并介紹了其在微生物培養(yǎng)方面的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 CVD 電化學(xué)鼓泡法 密閉空腔 阻擋層
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 綜述10
• 1.2 石墨烯簡(jiǎn)介10-11
• 1.3 石墨烯的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)11-13
• 1.3.1 石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)11-12
• 1.3.2 石墨烯的光學(xué)性質(zhì)12-13
• 1.3.3 石墨烯的電荷輸運(yùn)性質(zhì)13
• 1.4 石墨烯的應(yīng)用前景13-15
• 1.4.1 在微電子學(xué)方面的應(yīng)用14
• 1.4.2 在透明電極方面的應(yīng)用14-15
• 1.4.3 在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用15
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容15-18
• 第2章 石墨烯的制備和轉(zhuǎn)移方法及性能表征18-26
• 2.1 石墨烯的常用制備方法18-20
• 2.1.1 機(jī)械剝離法18
• 2.1.2 化學(xué)氧化還原法18-19
• 2.1.3 外延生長(zhǎng)法19
• 2.1.4 化學(xué)氣相沉積法19-20
• 2.1.5 其他制備方法20
• 2.2 基于CVD石墨烯的常用轉(zhuǎn)移方法20-23
• 2.2.1 腐蝕基底法21
• 2.2.2 干法轉(zhuǎn)移與roll-to-roll法轉(zhuǎn)移21-22
• 2.2.3 電化學(xué)鼓泡法22-23
• 2.3 石墨烯的性能表征23-25
• 2.3.1 光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡23
• 2.3.2 原子力顯微鏡23-24
• 2.3.3 拉曼光譜24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 CVD石墨烯的電化學(xué)鼓泡分離實(shí)驗(yàn)26-36
• 3.1 石墨烯的制備26-27
• 3.2 石墨烯轉(zhuǎn)移前的設(shè)想27-28
• 3.3 用改進(jìn)的電化學(xué)鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯28-34
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置、樣品和試劑28
• 3.3.2 用聚四氟乙烯薄膜作石墨烯上層支撐層28-31
• 3.3.3 用密閉空腔作石墨烯上層支撐層31-34
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與小結(jié)34-36
• 第4章 鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯的微觀機(jī)制36-46
• 4.1 轉(zhuǎn)移過程微觀機(jī)制的提出36-38
• 4.2 對(duì)轉(zhuǎn)移過程微觀機(jī)制的再次驗(yàn)證38-39
• 4.3 密閉空腔隔絕法轉(zhuǎn)移的石墨烯其他性能表征39-43
• 4.3.1 掃描電鏡成像（SEM）39-40
• 4.3.2 原子力顯微鏡成像（AFM）40
• 4.3.3 拉曼光譜40-42
• 4.3.4 石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管與載流子遷移率42-43
• 4.4 基于密閉空腔處理的電化學(xué)鼓泡法前景展望43-44
• 4.5 本章小結(jié)44-46
• 第5章 垂直石墨烯的制備及在納米機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用46-50
• 5.1 NEMS簡(jiǎn)介46-47
• 5.2 垂直石墨烯的制備方法47-48
• 5.3 垂直石墨烯的應(yīng)用48-49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-52
• 參考文獻(xiàn)52-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文58-60
• 致謝60

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報(bào);2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2009年04期

6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：1025084