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化学气相沉积法的原理和应用

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:通过化学气相沉积法合成石墨烯是一种相对较新的工艺,2006年才首次出现了由CVD法合成平面少层石墨烯的报道[21],这项工作使用天然、环保、低成本的前驱体——樟脑作为碳源,在Ni箔上合成石墨烯。然而,与机械剥离的样品相比,CVD法生长的石墨烯普遍存在结构缺陷,且实验室生产的石墨烯尺寸尚无法满足大规模工业化应用的需求。因此生产大面积、高质量石墨烯,将石墨烯的实验室研究同其工业化生产应用相结合是目前亟待解决的关键问题。

化学气相沉积法的原理和应用

通过化学气相沉积法合成石墨烯是一种相对较新的工艺,2006年才首次出现了由CVD法合成平面少层石墨烯的报道[21],这项工作使用天然、环保、低成本的前驱体——樟脑作为碳源,在Ni箔上合成石墨烯。以氩气作为载气,樟脑首先在180℃蒸发,随后在700~850℃下热解,自然冷却至室温后,在Ni箔上能观察到少量的石墨烯片[21],这项研究为石墨烯合成开辟了一条全新的工艺路线,具有重要意义。然而,与机械剥离的样品相比,CVD法生长的石墨烯普遍存在结构缺陷(包括晶界、点缺陷和褶皱),且实验室生产的石墨烯尺寸尚无法满足大规模工业化应用的需求。因此生产大面积、高质量石墨烯,将石墨烯的实验室研究同其工业化生产应用相结合是目前亟待解决的关键问题。目前国内外很多研究组都致力于优化CVD法,通过控制石墨烯生产条件(如工艺、设备和关键参数),从而实现更好地控制石墨烯的主要结构特征,并以工业应用为导向,有效提高石墨烯的性能,如面电阻、透明度和稳定性等。Xu[22]等将CVD法生长石墨烯时用到的多晶铜衬底置于氧化物衬底上,使反应中的活性氧浓度提高,从而有效促进了甲烷的催化分解,使石墨烯单晶的生长速度得到了极大的提升,高达60 μm/s,为高效可控生长单晶石墨烯提供了新的可能。Deng[23]等通过研究铜晶面上石墨烯应力释放行为以及褶皱形成过程,发现铜基底的晶面取向是影响石墨烯褶皱缺陷形成的重要因素,并基于该发现通过磁控溅射首先制备出4英寸[1]Cu(111)单晶基底,随后在其上通过常压CVD法生长出了晶元尺寸无皱单晶石墨烯。Zhang[24]等通过无胶洁净转移制备出超洁净石墨烯悬空大单晶薄膜,成功避免了CVD法生长的石墨烯从金属基底转移到目标基底过程产生的褶皱缺陷、污染和破损等一系列问题。(www.xing528.com)

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