《cvd法制备石墨烯》ppt课件.ppt

石墨烯的CVD法制备,,,1.背景知识 2.阅读文献 3.总结,1.背景知识,CVD（chemical vapordeposition）：利用甲烷等含碳化合物作为碳源，高温分解，在基体表面生长成石墨烯 渗碳析碳机制 生长机理 表面生长机制,,,渗碳析碳机制： 对于Ni等具有较高溶C量的金属基体，碳源裂解产生的碳原子在高温时渗入，温度降低时，从基体中析出成核，长大成石墨烯 表面生长机制： 对于铜等具有较低的溶C量的金属基体，高温下，气态碳源裂解生成碳原子吸附于表面，生长成石墨烯岛，再二维长大合并得到石墨烯C源：主要为烃类，如（甲烷，乙烯，乙炔），选择碳源主要考虑：分解温度，分解速度，分解产物三方面因素 生长基体：主要包含金属箔，选择依据为：金属的熔点，溶C量，是否有稳定的金属碳化物，另外金属晶体类型及晶体取向也会影响石墨烯的生长 常压 生长条件:气压 低压 （105-10-3Pa） 超低压（10-3Pa）,CVD三个主要组成因素：,,高温 800oC 温度 中温 600-800oC 低温 600oC,,,,2.阅读文献,,实验条件：常压，高温基体：铜，20um， C源：固态有机废物。

预处理：（Cu基板）,1.电化学抛光，酸清洗 目的：使生长基板平整，趋于各向同性，干净，降低粗糙度 2.High-Pressure Annealed 目的：减少Cu基板上的晶格缺陷 （sharp wrinkles, step edges,defects） 基板上的污点，缺陷都可能成为碳原子的形核据点 Low nucleation density is critical for continuous growth of larger graphene crystals.,,,,生长速度和边缘之间的作用可以影响其形貌当碳源供给量大时将由六边形过渡到圆形的生长状态继续增加供应量时，会产生多层石墨烯片层b 石墨烯晶体间的晶界：一般由两部分组成：不定期的六边形和五边形组 (aperiodic heptagon-pentagon pairs )和边界重叠部分overlapped bilayer regions）,,,若干个增大石墨烯尺寸的有效方法：,1. Electrochemical-Polished and High-Pressure Annealed Cu Foils 过程：1.电化学抛光，2. 2atm（H2）7小时,CVD控压系统,2.Single CrystalsMade on the Inside of Enclosure-like Cu Structures,,3. 在再结晶（Resolidified）的铜基板上生长石墨烯,1.初次尝试：将温度加热到铜的熔点以上，在液态的铜基板上生长，但尺寸最大只有200um。

2.修正：先将铜基板熔化（melting），再结晶（Resolidified），在这样基板上，石墨烯的尺寸可达到1mmRMS ：方均根,4.在Oxygen-Rich Cu 基板上生长,在非还原气体Ar中退火保留其催化较弱（catalytically inactive）的氧化亚铜（Cu2O）层 实验表明氧化亚铜层有效的控制了石墨烯在基板上的形核数量(4 nuclei /cm2.) 48小时的生长后，获得5mm的石墨烯单晶3.总结,为了得到更大尺寸的石墨烯，所做的工作应该达到这样的一个目的： 减少石墨烯形核的据点密度，提供的碳源和速度适当，以促进单片石墨烯的快速生长。