本文關(guān)鍵詞：APCVD制備大面積石墨烯薄膜的研究　出處：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：透明導(dǎo)電薄膜是現(xiàn)今世界上使用最普遍的電器部件之一。透明導(dǎo)電薄膜作為電極材料廣泛應(yīng)用于LCD控制器、平板電視、太陽(yáng)能電池和觸摸屏幕等領(lǐng)域。自透明導(dǎo)電薄膜被研發(fā)出來(lái)后迅速成為我們生活中電子顯示設(shè)備的一個(gè)重要構(gòu)成部分。由于優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能氧化銦錫(ITO)迅速占據(jù)了大部分市場(chǎng)。商用的ITO膜具有低電阻性以滿足節(jié)能的要求和高透光性來(lái)滿足透明的需求。但是隨著用量的增加銦礦越來(lái)越少,其價(jià)格受市場(chǎng)的影響也越來(lái)越大;同時(shí)由于氧化銦錫本身較脆不適用于柔性屏幕的應(yīng)用;再者氧化銦錫會(huì)擴(kuò)散到有機(jī)層中,在酸性環(huán)境中不穩(wěn)定。鑒于此,很有必要研發(fā)出一種新的材料來(lái)取代或是部分取代ITO。石墨烯作為近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn),具備單原子層厚度,高達(dá)97.7%的透光率,超高的載流子遷移率和良好的化學(xué)穩(wěn)定性,同時(shí)還具備優(yōu)異的機(jī)械性能可以實(shí)現(xiàn)柔性導(dǎo)電透明材料的應(yīng)用。因此成為取代ITO的理想材料。傳統(tǒng)的機(jī)械剝離法雖然可以得到高質(zhì)量的單層石墨烯但是其產(chǎn)率和形貌不易得到控制,石墨烯的高通量制備成為限制石墨烯作為透明導(dǎo)電材料應(yīng)用的環(huán)節(jié)。化學(xué)氣相沉積法(CVD)可以實(shí)現(xiàn)大面積高質(zhì)量石墨烯薄膜的制備。然而在整個(gè)制備過(guò)程中需要引入較高的溫度,超純氣體,真空或超高真空等苛刻條件。同時(shí)整個(gè)操作過(guò)程復(fù)雜且要求精細(xì)對(duì)操作人員提出了很高的要求不利于工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。鑒于此有必要摸索一條與現(xiàn)在半導(dǎo)體工業(yè)相匹配的工業(yè)路線來(lái)實(shí)現(xiàn)石墨烯的工業(yè)化應(yīng)用。本文以石墨烯薄膜在電學(xué)器件上面的應(yīng)用為目標(biāo),討論了常壓化學(xué)氣相沉積法(apcvd)制備大面積,高質(zhì)量石墨烯薄膜和無(wú)定形石墨烯薄膜的過(guò)程,通過(guò)調(diào)節(jié)制備環(huán)節(jié)的關(guān)鍵參數(shù)可以獲得高質(zhì)量大面積的石墨烯薄膜和無(wú)定形石墨烯薄膜,同時(shí)討論了溫度、氫氣占比對(duì)石墨烯的電學(xué)和光學(xué)性能的影響,為石墨烯工業(yè)化應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。本論文的主要結(jié)論如下:(1)銅箔的預(yù)處理是制備高質(zhì)量、單層率高的石墨烯薄膜的關(guān)鍵。通過(guò)使用腐蝕劑對(duì)商用銅箔預(yù)腐蝕處理,然后在1000℃,ar:h2=400sccm:100sccm條件下退火處理可以獲得更為平整的銅箔表面,制備中使石墨烯的形核密度相對(duì)較低,最終獲得高質(zhì)量的單層石墨烯薄膜。(2)氧含量和溫度對(duì)石墨烯薄膜制備過(guò)程影響很大。隨著溫度的降低甲苯的揮發(fā)速度和分解速率均降低,制備過(guò)程可控性增強(qiáng)。通過(guò)多次洗爐獲得近乎無(wú)氧的環(huán)境下,可在150℃條件下獲得以單層為主的石墨烯薄膜,但是薄膜覆蓋率不高僅發(fā)現(xiàn)直徑為20-37μm的區(qū)域。連續(xù)成膜溫度在280℃,制得的石墨烯薄膜厚度為0.49nm,展現(xiàn)出較高的單層率。(3)氫氣分壓同樣是影響石墨烯質(zhì)量的重要因素。隨著制備過(guò)程氫分壓的增大石墨烯的綜合質(zhì)量下降,低氫分壓有利于高質(zhì)量石墨烯薄膜的制備,在低氫分壓下獲得的石墨烯薄膜的透過(guò)率為97.3%,薄膜方阻為435?/□,展現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能。(4)首次使用金屬鎂箔作為生長(zhǎng)基體進(jìn)行石墨烯薄膜的生長(zhǎng)。金屬鎂的化學(xué)性質(zhì)非�；顫�,使用0.025mol/L的草酸溶液預(yù)清洗,并在490℃,Ar:H2=400sccm:100sccm的條件下退火處理,處理后獲得的晶粒尺寸在80-200μm區(qū)間,宏觀狀態(tài)良好。(5)制備氣氛組成和溫度對(duì)無(wú)定形石墨烯薄膜的制備影響較大。在沒(méi)有氫氣的參與下可以制得無(wú)定形石墨烯薄膜,并且通過(guò)溫度的變化可以控制樣品的層數(shù)。在400℃,Ar:Ar載=400sccm:5sccm條件下可以制得單層率高的無(wú)定形石墨烯薄膜。(6)制得的無(wú)定形石墨烯樣品缺陷程度高,I_D/I_G≈1.0并且隨著溫度的降低略有增加,計(jì)算的晶疇尺寸較小在16.2nm左右,在400℃條件下制得的樣品呈現(xiàn)絕緣特性,在490℃條件下制得樣品的薄膜方阻高達(dá)1.3×10~5Ω/□,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅基石墨烯的電阻值。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.2

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4 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

5 ;日本開(kāi)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

6 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

7 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

8 ;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

9 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

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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(lè);;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(shù)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(wú)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

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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(lái)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(guò)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

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8 本報(bào)記者 紀(jì)愛(ài)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(shuō)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

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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

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7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無(wú)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

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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

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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

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本文編號(hào)：1312352