【摘要】：化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition Method,CVD)被廣泛用于高質(zhì)量、大面積石墨烯制備。雖然這種研究方法取得了很多成果,但是其中很多細(xì)節(jié)問題值得詳細(xì)研究,比如:石墨烯層數(shù)與實(shí)驗(yàn)中碳源種類、氣氛、氣壓等參數(shù)息息相關(guān),能否控制這些參數(shù)可以直接得到不同層數(shù)的石墨烯?能否利用石墨烯在金屬表面的外延生長的特性,通過改變催化劑基底類型,調(diào)控基底形貌等策略,制備出具有特定形貌和結(jié)構(gòu)的石墨烯?在此設(shè)計(jì)思想下,本文首先實(shí)現(xiàn)了1-7層石墨烯的可控制備,并詳細(xì)討論了各實(shí)驗(yàn)參數(shù)對石墨烯形成的影響。利用掃描、透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡等表征手段來研究了不同條件下制備出的石墨烯的層數(shù)、形貌、晶型結(jié)構(gòu)等信息,從而比較清晰地認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)參數(shù)對石墨烯質(zhì)量和層度的影響。利用制備出來的不同層數(shù)的石墨烯,我們探索了其在應(yīng)變感應(yīng)和肖特基太陽能電池等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。在應(yīng)變感應(yīng)方面的研究發(fā)現(xiàn):單層石墨烯拉曼的2D峰,可以作為表征金屬相轉(zhuǎn)變的一個(gè)強(qiáng)有力工具,通過2D峰的偏移可以定量化顯示應(yīng)變大小。在太陽能電池方面的研究發(fā)現(xiàn):石墨烯層數(shù)的差異會造成石墨烯-硅肖特基結(jié)太陽能電池性能的差異,并且發(fā)現(xiàn)利用4層石墨烯構(gòu)建的太陽能電池有更好的光電轉(zhuǎn)化效果。本文進(jìn)一步利用石墨烯在金屬表面的外延生長的特性,將金屬生長基底從“二維”尺度拓展到“三維”尺度,采用了一系列具有獨(dú)特三維結(jié)構(gòu)的金屬基底,研究了金屬類型和三維形貌對石墨烯生長的影響。研究發(fā)現(xiàn),三維納米孔銅片基底展現(xiàn)出較高的石墨烯生長活性,可將石墨烯生長溫度降低到800℃,生長時(shí)間減少為30秒,同時(shí)所制備的石墨烯繼承了其獨(dú)特的三維納米孔結(jié)構(gòu),該納米孔石墨烯對低濃度羅丹明6G分子的Raman信號增強(qiáng)效果要遠(yuǎn)優(yōu)于原基底納米孔銅片,甚至要好于單層石墨烯。最后,本文進(jìn)一步研究了金屬泡沫鎳和金屬泡沫銅基底對三維泡沫石墨烯生長的影響,并且在三維泡沫石墨烯表面進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改性,結(jié)果顯示:兩步法在泡沫石墨烯表面生長了竹節(jié)型的碳納米纖維,直徑在50-600 nm;兩步法在超輕泡沫石墨烯表面成功地賦予了其粗糙多孔的形貌,孔徑大概為幾百納米到1微米左右,這些改進(jìn)的三維泡沫石墨烯,有望進(jìn)一步提升并拓展其在各方面的應(yīng)用。
【圖文】：

圖 1.2 a: 懸掛在金屬架上的石墨烯；b:石墨烯波紋狀表面[17]（理論計(jì)算模型）Fig. 1.2 Graphene suspended on metal frame (a), theoretical forms of graphene (b)圖 1.3 HRTEM 照片下石墨烯的邊緣結(jié)構(gòu)形態(tài)[62]，標(biāo)尺 0.5 nmFig. 1.3 HRTEM images of graphene edge, scale bar 0.5 nm

- 4 -圖 1.3 HRTEM 照片下石墨烯的邊緣結(jié)構(gòu)形態(tài)[62]，標(biāo)尺 0.5 nmFig. 1.3 HRTEM images of graphene edge, scale bar 0.5 nm的邊緣結(jié)構(gòu)也一直是科學(xué)家們感興趣的話題。石墨烯的邊緣形zigzag edge）和椅形（armchair edge）兩種[62]，但是會存在邊緣會存在穩(wěn)定的邊緣缺陷結(jié)構(gòu)，如圖 1.3 所示。Kyle A.等[20]發(fā)現(xiàn) 10 nm 時(shí)、邊緣為鋸齒型的石墨烯片有優(yōu)良的電導(dǎo)特性，類似體，椅型邊緣卻沒有出現(xiàn)類似情況。有中國研究者同樣得到了他們利用石墨烯的各向異性刻蝕效應(yīng)和傳統(tǒng)微加工技術(shù)，精確原子級平整的鋸齒形（zigzag）邊緣結(jié)構(gòu)的石墨烯。并對十納米米帶的輸運(yùn)性質(zhì)及拉曼散射方面進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明十
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2542073