【摘要】：石墨烯由于其優(yōu)異的化學(xué)、物理性能,成為了21世紀(jì)材料界和科學(xué)界最耀眼的一顆新星,其制備方法很多,其中CVD法以其簡單的工藝,低價(jià)的成本,成為近些年來最熱門、最有望工業(yè)化的一種制備手段。本文以銅箔為載體、以甲烷為碳源,用低壓化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯。通過調(diào)節(jié)甲烷流量、氫氣流量等實(shí)驗(yàn)參數(shù),研究了各實(shí)驗(yàn)參數(shù)對石墨烯的影響,并制備出了高質(zhì)量的雙層石墨烯,和形貌新穎的三角形結(jié)構(gòu)石墨烯。首先,我們探究了碳源氣體甲烷和還原性氣體氫氣流量對石墨烯生長的影響。我們發(fā)現(xiàn)作為碳源氣體,甲烷流量并不是越大對石墨烯的生長越有利,在一定的實(shí)驗(yàn)條件下,甲烷量增大,石墨烯的成核密度增大,晶粒減小,石墨烯質(zhì)量有所下降；同樣,氫氣作為還原性氣體,它的存在是石墨烯生長必不可缺的,但是過量的話會和石墨烯產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù),我們制備出了大面積、質(zhì)量相對較高的石墨烯。其次,我們研究了石墨烯的形貌控制,我們制備出了形貌新穎的三角形石墨烯結(jié)構(gòu),對其進(jìn)行電鏡和拉曼測試,我們發(fā)現(xiàn)三角形石墨烯為直角三角形,石墨烯晶粒具有高度一致的取向性,且為雙層或者少層,缺陷較少,質(zhì)量高；我們發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)過程中氧氣和氫氣的平衡是形成三角形石墨烯的關(guān)鍵。最后,我們發(fā)現(xiàn)了氫氣在降溫過程中的重要作用。氫氣作為還原形性氣體,在石墨烯的生長過程中起到消除氧化性氣體以及雜質(zhì),起到清潔和保護(hù)的作用,但是我們在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)氫氣在降溫過程中也是必不可缺的,因?yàn)樵谑┑纳L過程中反應(yīng)腔中會殘留氧氣或者氧化性氣體,這些氧化性氣體在高溫時(shí)會與石墨烯發(fā)生反應(yīng)氧化石墨烯,故氫氣在降溫過程中是不可或缺的。這為化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯提供了新的理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:Because of its excellent chemical and physical properties, graphene has become the most dazzling new star in the field of materials and science in the 21st century. There are many preparation methods for graphene, among which CVD method has become the most popular in recent years because of its simple process and low cost. One of the most promising preparation methods for industrialization. Graphene was prepared by low pressure chemical vapor deposition with copper foil as carrier and methane as carbon source. The effects of various experimental parameters on graphene were studied by adjusting the flow rate of methane and hydrogen, and high quality bilayer graphene and triangular graphene with novel morphology were prepared. Firstly, we investigated the effects of methane and hydrogen flow rate on the growth of graphene. We find that as a carbon source gas, the higher the methane flow rate is, the more favorable the growth of graphene is. Under certain experimental conditions, the nucleation density of graphene increases, the grain size decreases, and the mass of graphene decreases. Hydrogen, as a reductive gas, is essential for graphene growth, but if it is excessive, it will react with graphene. By adjusting the experimental parameters, graphene with large area and relatively high quality was prepared. Secondly, we studied the morphology control of graphene. We prepared a novel triangular graphene structure, and carried out the electron microscopy and Raman measurements. We found that the triangular graphene is a right triangle. The grain of graphene is highly consistent in orientation, with double or little layers, less defects and high quality. It is found that the balance of oxygen and hydrogen is the key to the formation of triangular graphene during the reaction. Finally, we found the important role of hydrogen in the cooling process. Hydrogen, as a regenerative gas, plays an important role in the growth of graphene by removing oxidizing gas and impurities, cleaning and protecting it, but we found that hydrogen is also indispensable in the process of cooling down. Because oxygen or oxidizing gases will remain in the reaction chamber during the growth of graphene, these oxidizing gases will react with graphene at high temperature, so hydrogen is indispensable in the process of cooling down. This provides a new theoretical basis for the preparation of graphene by chemical vapor deposition.
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11

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本文編號：2174395