【摘要】：石墨烯以其優(yōu)異的物理和化學(xué)特性,引發(fā)了科學(xué)界和商業(yè)界的極大的矚目,隨著石墨烯在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,對(duì)石墨烯的研究也越加深入,仍有需要解決的問(wèn)題如石墨烯的可控層數(shù)的生長(zhǎng)、石墨烯轉(zhuǎn)移工藝的優(yōu)化,還有快速表征石墨烯層數(shù)等等。本文主要針對(duì)石墨烯的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和數(shù)字化表征做了相關(guān)的研究工作,得到如下結(jié)果:金屬銅箔襯底是最適于制備高質(zhì)量的石墨烯,銅箔的表面質(zhì)量對(duì)石墨烯的生長(zhǎng)有重要影響,粗糙的表面和雜質(zhì)不僅會(huì)增大石墨烯的成核密度,還會(huì)引入更多的缺陷。我們通過(guò)拋光、退火處理獲得清潔、平整銅箔襯底表面,有效降低了石墨烯晶疇的成核密度,減少了石墨烯中的點(diǎn)狀缺陷。隨后,采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法生長(zhǎng)石墨烯是沿著銅箔襯底表面結(jié)晶的方式生長(zhǎng)的,優(yōu)化生長(zhǎng)參數(shù)中生長(zhǎng)時(shí)間主要影響的是石墨烯的覆蓋率和層數(shù),優(yōu)化生長(zhǎng)參數(shù)中碳源流量決定了在單位時(shí)間內(nèi)滲入銅箔襯底中的碳量,從而影響了石墨烯在銅箔表面的成核和生長(zhǎng)。各項(xiàng)表征如光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜等證實(shí)制備的石墨烯層數(shù)可控且石墨烯質(zhì)量好、均勻性高。在常用的腐蝕襯底轉(zhuǎn)移工藝基礎(chǔ)上,我們改進(jìn)腐蝕液的濃度,比較了不同腐蝕液對(duì)石墨烯的表面影響,選擇了不會(huì)對(duì)石墨烯帶來(lái)?yè)p傷的三氯化鐵作為腐蝕溶液。同時(shí)將石墨烯轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底后引入加熱步驟,實(shí)驗(yàn)證明通過(guò)緩慢加熱能有效的加強(qiáng)石墨烯和目標(biāo)襯底貼合。退火步驟能夠進(jìn)一步的去除殘留物質(zhì),提高了石墨稀的轉(zhuǎn)移質(zhì)量。通過(guò)制備石墨烯的霍爾器件測(cè)量其載流子遷移率,驗(yàn)證了優(yōu)化后的轉(zhuǎn)移工藝可以保證石墨烯的完整性同時(shí)具有較高的清潔度。使用熱釋放膠帶成功的干法轉(zhuǎn)移了單晶石墨烯和石墨烯連續(xù)薄膜,這種新穎的干法轉(zhuǎn)移工藝,避免了腐蝕金屬銅箔的步驟,節(jié)省了金屬材料,使轉(zhuǎn)移工藝更加環(huán)保。通過(guò)原子力顯微鏡的表征這種轉(zhuǎn)移工藝使石墨烯的褶皺明顯較少,擁有更高的表面平整度。對(duì)石墨烯的層數(shù)和層數(shù)分布率的數(shù)字化表征,結(jié)合光學(xué)顯微鏡CCD成像系統(tǒng)和MATLAB軟件運(yùn)算,避免了常規(guī)層數(shù)表征手段中對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)的破壞和長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試,實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯層數(shù)的快速判斷和層數(shù)分布律直觀、充分、豐富的三維可視化表達(dá),使人們對(duì)石墨烯的層數(shù)及其分布率得到整體的、準(zhǔn)確的理解,這種數(shù)字化表征手段方便,快捷且可靠。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11
【圖文】：

上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章 緒論第一章 緒論1.1 引言人類(lèi)的祖先鉆木取火，為人類(lèi)文明開(kāi)啟了新紀(jì)元，也使人類(lèi)有別于其他動(dòng)物。碳（C）是構(gòu)成木的主要元素，它既是組成有機(jī)生命的最小的單元，也能組成自然界硬度最高的材料，且在地球中的儲(chǔ)量極其豐富。在化學(xué)元素周期表中，碳元素是第四主族的非金屬元素，它的最外層電子層排布 4 個(gè)電子，所以自然界中的碳有多種同素異構(gòu)體，而且存在穩(wěn)定，如圖 1 所示。隨著碳元素的特殊物理性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家進(jìn)行了系統(tǒng)的深入研究，低維碳納米材料如零維的富勒烯、一維的碳納米材料、二維的石墨烯等相繼被發(fā)現(xiàn)[1] [2] [3]，可以預(yù)言未來(lái)的時(shí)代有可能是碳時(shí)代。

年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者安德烈·海姆（左）和康斯坦丁·諾沃[6]Fig.2 Andre Geim(left) and KonstantinNovoslov(right),2010 Nobel Prize Laureates in physics[6]結(jié)構(gòu)和性質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為六邊形的蜂窩狀，碳原子以 sp2雜化軌道二維平面材料[7]，其 C-C 鍵長(zhǎng)約為 0.412nm，不同原子層德瓦爾斯力。作為 sp2雜化碳材料的基本組成單元，石墨同素異構(gòu)體的母體材料，因?yàn)樗梢猿蔀榱愣龋?D）,卷成一維（1D）的碳納米管（carbon nanotube/CNT）,裁on）或是三維（3D）堆積的石墨（graphite），如圖 3 所

圖 2 2010 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者安德烈·海姆（左）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（右[6]Fig.2 Andre Geim(left) and KonstantinNovoslov(right),2010 Nobel Prize Laureates in physics[6]1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為六邊形的蜂窩狀，碳原子以 sp2雜化軌道組成一個(gè)原子層厚度的二維平面材料[7]，其 C-C 鍵長(zhǎng)約為 0.412nm，不同原子層間的相互作用主要是范德瓦爾斯力。作為 sp2雜化碳材料的基本組成單元，石墨烯可以作為其他維度碳同素異構(gòu)體的母體材料，因?yàn)樗梢猿蔀榱愣龋?D）的富勒烯（fullerenes）,卷成一維（1D）的碳納米管（carbon nanotube/CNT）,裁剪成納米帶（nano-ribbon）或是三維（3D）堆積的石墨（graphite），如圖 3 所示[11]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 姚雅萱;任玲玲;高思田;趙迎春;高慧芳;陶興付;;石墨烯層數(shù)測(cè)量方法的研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2015年02期

本文編號(hào)：2783885