發(fā)布時(shí)間：2021-10-20 00:03

　　石墨烯在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)性能上的優(yōu)異表現(xiàn)使其在諸多領(lǐng)域備受關(guān)注,石墨烯薄膜的市場需求日益增長�；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）法已能實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的高質(zhì)量、大面積連續(xù)生長,但目前仍缺乏與之匹配的宏量連續(xù)轉(zhuǎn)移工藝,大大制約了石墨烯薄膜的工程應(yīng)用。本論文旨在解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)移工藝與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)要求匹配度低的問題,研究一種石墨烯薄膜的高效連續(xù)轉(zhuǎn)移方法,為大面積石墨烯薄膜的高質(zhì)量轉(zhuǎn)移及工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。針對(duì)傳統(tǒng)濕法轉(zhuǎn)移操作繁瑣、易破損、易污染等問題,首先對(duì)比各種轉(zhuǎn)移方法,指出聚合物輔助直接轉(zhuǎn)移石墨烯方法在大面積石墨烯連續(xù)轉(zhuǎn)移方面的明顯優(yōu)勢,然后系統(tǒng)研究了聚合物輔助轉(zhuǎn)移法中薄膜轉(zhuǎn)移質(zhì)量的影響因素,以及該方法與免刻蝕法轉(zhuǎn)移的兼容性,最后圍繞轉(zhuǎn)移后石墨烯電加熱片的研制及其電加熱性能做了研究。本論文的主要研究成果如下:1、采用聚合物輔助轉(zhuǎn)移法,獲得了大面積高質(zhì)量石墨烯。薄膜表面無明顯損傷及污染,拉曼光譜顯示石墨烯的D峰與G峰的強(qiáng)度比為4.7%,G峰與2D峰的強(qiáng)度比為0.277,2D峰半高寬約32 cm^-1,為高質(zhì)量單層石墨烯;該方法轉(zhuǎn)移的石墨烯2D峰波數(shù)較PMMA法轉(zhuǎn)移石墨烯存在紅移,表明p... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

二維石墨烯構(gòu)成其他三維結(jié)構(gòu)碳材料示意圖[4]

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖1-2單層石墨烯構(gòu)象及其表面起伏示意圖[5]石墨烯獨(dú)特的二維晶體結(jié)構(gòu)和對(duì)稱的能帶結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的性能：理論上，石墨烯本征拉伸強(qiáng)度可達(dá)130.5GPa，本征楊氏模量為1TPa[6]，是已知強(qiáng)度最高的材料之一；熱導(dǎo)率5300W/mK，高于其他碳材料（單壁碳納米管3500W/mK，多壁碳納米管3000W/mK，金剛石2200W/mK）[7]；在400~800nm范圍內(nèi)的透光率達(dá)97.6%[8]，隨著石墨烯層數(shù)增加，熱導(dǎo)率及透光率也隨之降低；良好的防透過性能可以有效阻隔包括H在內(nèi)的所有原子[9,10]。完美的單層石墨烯厚度約為0.335nm，其導(dǎo)帶與價(jià)帶相交于布里淵區(qū)中兩個(gè)等價(jià)的K/K’點(diǎn)（狄拉克點(diǎn)），是一種零帶隙半導(dǎo)體。雙層石墨烯可通過耦合層間π軌道打開帶隙，實(shí)現(xiàn)帶隙可調(diào)。利用單層石墨烯雙極性場效應(yīng)特性：即通過施加正負(fù)門電壓的方法調(diào)諧電子和空穴濃度，可保證高摻雜下的高載流子遷移率[1]。低溫下（100K），載流子濃度低于5×109cm-2的懸浮石墨烯遷移率可高達(dá)200000cm2/Vs[11]。無雜質(zhì)吸附和損傷情況下，規(guī)則完整的晶格周期性勢場使電子運(yùn)動(dòng)過程中幾乎不受到散射。不同于半導(dǎo)體的二維電子層中載流子在低密度下的低遷移性，自由狀態(tài)的石墨烯中的載流子遷移率可以保持很高——即使載流子密度在狄拉克點(diǎn)消失。然而，當(dāng)石墨烯樣品被支撐在絕緣襯底上時(shí)，基底聲子散射引起的電位波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電荷坑，阻礙載流子的運(yùn)動(dòng)，使遷移率降低。不過，SiO2/Si基底上的石墨烯遷移率仍可達(dá)到40000cm2/Vs，是硅的30倍。1.1.2石墨烯的制備目前石墨烯的制備方法主要有機(jī)械剝離法[1]、熱解生長法[12]、氫氣刻蝕法[13]、電弧法[14]、超臨界流體法[15,16]、氧化還原法[17-19]、化學(xué)氣相沉積（CVD）法[20-22]。機(jī)械剝離法利用石墨層間范德華力較弱的特點(diǎn)，通過膠帶反復(fù)剝離石墨，

第一章緒論5了轉(zhuǎn)移后薄膜的質(zhì)量。根據(jù)金屬基底的去除方式，可以分為刻蝕法轉(zhuǎn)移和免刻蝕法轉(zhuǎn)移�？涛g法一般通過化學(xué)刻蝕劑溶解生長基底；免刻蝕法則通過調(diào)控界面間的作用力大小，以機(jī)械剝離或電化學(xué)剝離的方式快速剝離石墨烯。圖1-3CVD石墨烯轉(zhuǎn)移方法分類示意圖此外，由于轉(zhuǎn)移過程不可避免地引入污染、褶皺與破損，如何實(shí)現(xiàn)石墨烯的免轉(zhuǎn)移生長（③）也是目前一大研究方向。免轉(zhuǎn)移生長是一種直接在目標(biāo)基底上生長石墨烯的技術(shù)，其優(yōu)勢在于能極大地保留石墨烯的原始特性，排除轉(zhuǎn)移過程帶來的“負(fù)效應(yīng)”，顯示出卓越的性能。迄今為止，研究人員已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)在h-BN、藍(lán)寶石、玻璃等基底上石墨烯的直接生長[38-42]，但是受制于嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件和操作條件，要實(shí)現(xiàn)規(guī)�；纳a(chǎn)還有很長的路要走。1.2.1刻蝕法轉(zhuǎn)移以PMMA法轉(zhuǎn)移為例。PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）轉(zhuǎn)移目前實(shí)驗(yàn)室通用的轉(zhuǎn)移方法，得到深入研究，其最早用于轉(zhuǎn)移SiC熱解法生長的石墨烯[43]。2009年，Li[20]、Reina[21]等用PMMA實(shí)現(xiàn)了CVD石墨烯轉(zhuǎn)移。其轉(zhuǎn)移流程為：首先將PMMA乳酸乙酯溶液旋涂在生長石墨烯的銅箔表面并加熱固化，然后在刻蝕液中反應(yīng)去除銅箔得到PMMA/石墨烯薄膜，在去離子水中漂洗數(shù)次后，將PMMA/石墨烯撈至目標(biāo)基片，用丙酮去除表面PMMA完成轉(zhuǎn)移�？涛g法一般采用液相刻蝕劑溶解生長基底�？涛g劑的選擇需要從反應(yīng)速率、摻雜污染、廢液回收等方面考慮，Wang等[44]從表面修飾、污染殘留和電性能方面比較了目前實(shí)驗(yàn)室常用的幾種刻蝕劑的轉(zhuǎn)移質(zhì)量，包括HNO3，F(xiàn)eCl3，(NH4)2S2O8（APS）以及一種商用Cu刻蝕劑（FeCl3基）。HNO3刻蝕速度快，同時(shí)也可避免鐵離子殘留影響，但是會(huì)產(chǎn)生氮氧化物有害氣體；FeCl3反應(yīng)更加溫和，但存在金

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯/N-甲基吡咯烷酮加熱膜的厚度對(duì)導(dǎo)電性能影響研究[J]. 杜衛(wèi)東,孫嘉豪.  中國金屬通報(bào). 2019(10)
[2]石墨烯電熱薄膜材料的制備及表征[J]. 王仕東,顧寶珊,孫世清,鄒衛(wèi)武,李鑫,楊培燕,趙皓琦.  炭素技術(shù). 2019(04)
[3]紫外光固化樹脂的研究進(jìn)展[J]. 賈景霞,劉建平,薛俊杰.  遼寧化工. 2018(05)
[4]Mass production and industrial applications of graphene materials[J]. Yanwu Zhu,Hengxing Ji,Hui-Ming Cheng,Rodney S.Ruoff.  National Science Review. 2018(01)
[5]銅基底上雙層至多層石墨烯常壓化學(xué)氣相沉積法制備與機(jī)理探討[J]. 李浩,付志兵,王紅斌,易勇,黃維,張繼成.  物理學(xué)報(bào). 2017(05)
[6]借助聚合物實(shí)現(xiàn)石墨烯轉(zhuǎn)移的技術(shù)進(jìn)展[J]. 張自元,門傳玲,曹軍,李振鵬,趙明杰.  材料導(dǎo)報(bào). 2017(03)
[7]紫外光固化樹脂及其復(fù)合材料研究進(jìn)展[J]. 朱璞,張鑒煒,江大志.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2016(10)
[8]聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的拉曼光譜特性[J]. 同娜,朱長軍,宋立勛,張崇輝,張國青,張一心.  光譜學(xué)與光譜分析. 2016(01)
[9]化學(xué)氣相沉積生長石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移方法及轉(zhuǎn)移用支撐材料的研究進(jìn)展[J]. 蔡偉,王聰,方小紅,陳小源,楊立友.  機(jī)械工程材料. 2015(11)
[10]大面積石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 陳牧,顏悅,張曉鋒,劉偉明,周辰,郭志強(qiáng),望詠林,厲蕾,張官理.  航空材料學(xué)報(bào). 2015(02)



本文編號(hào)：3445854