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1、題目：CVD法制備石墨烯及其進(jìn)展11目錄1.石墨烯1.1石墨烯簡介2.石墨烯的制備方法2.1物理方法制備石墨烯2.1.1機(jī)械剝離法2.1.2取向附生法—晶膜生長2.1.3液相和氣相直接剝離法2.2化學(xué)法制備石墨烯2.2.1化學(xué)氣相沉積法2.2.2外延生長法2.2.3氧化石墨還原法3.化學(xué)氣相沉淀法制備石墨烯3.1碳源3.2生長基體3.3生長條件4.不同基體時(shí)制備特點(diǎn)4.1以鎳為基體4.2以銅為基體5.討論6.總結(jié)與展望參考文獻(xiàn)11摘要：石墨烯作為一種近年來發(fā)現(xiàn)的新材料，擁有許多獨(dú)特的理化性質(zhì)，在多個(gè)領(lǐng)域具有很大的
2、應(yīng)用潛力，成為了目前研究的熱點(diǎn)。在多種制備石墨烯的方法中，化學(xué)氣相沉積(ChemicalVaporDeposition,CVD)法所制備的石墨烯具有面積大、質(zhì)量高、均勻性好、層數(shù)可控等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。一般可采用鎳，鐵，銅，鉑等過渡金屬作為生長襯底，目前，研究中多采用銅襯底，這是由于其相對比較經(jīng)濟(jì)且所生長的石墨烯質(zhì)量較好。但是如何利用化學(xué)氣相沉積（CVD）在金屬鎳（Ni）和銅（Cu）襯底上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量大面積石墨烯的可控生長還存在很大的難度。本文將重點(diǎn)介紹化學(xué)氣相沉淀法制備石墨烯。關(guān)鍵詞：化學(xué)氣相沉淀法，石墨烯1.石
3、墨烯1.1石墨烯簡介石墨烯是一種二維晶體，人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。石墨烯是一種二維晶體，由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布，相互連接，形成一個(gè)碳分子，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定；隨著所連接的碳原子數(shù)量不斷增多，這個(gè)二維的碳分子平面不斷擴(kuò)大，分子也不斷變大。單層石墨烯只有一個(gè)碳原子的厚度，即0.335納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)的20萬分之一的厚度，1毫米厚的石墨中將將近有150萬層
4、左右的石墨烯。石墨烯是已知的最薄的一種材料，并且具有極高的比表面積、超強(qiáng)的導(dǎo)電性和強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。石墨烯是世上最薄也是最堅(jiān)硬的納米材料?，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300?W/（m·K），高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000?cm2/（V·s），又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-6Ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料[12]11。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。2石墨烯的制備方法石墨
5、烯的制備方法一般分為物理方法和化學(xué)方法。2.1物理方法制備石墨烯2.1.1機(jī)械剝離法機(jī)械剝離法或微機(jī)械剝離法是最簡單的一種方法，即直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剝離下來。首先利用氧等離子在1mm厚的高定向熱解石墨表面進(jìn)行離子刻蝕，當(dāng)在表面刻蝕出寬20μm—2mm、深5μm的微槽后，用光刻膠將其粘到玻璃襯底上，再用透明膠帶反復(fù)撕揭，然后將多余的高定向熱解石墨去除并將粘有微片的玻璃襯底放入丙酮溶液中進(jìn)行超聲，最后將單晶硅片放入丙酮溶劑中，利用范德華力或毛細(xì)管力將單層石墨烯“撈出”。但是這種方法存在一些缺點(diǎn)，如所獲得的
6、產(chǎn)物尺寸不易控制，無法可靠地制備出長度足夠的石墨烯，因此不能滿足工業(yè)化需求。2.1.2取向附生法—晶膜生長PeterW.Sutter等[2]使用稀有金屬釕作為生長基質(zhì)，利用基質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)“種”出了石墨烯。首先在1150°C下讓C原子滲入釕中，然后冷卻至850°C，之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，在整個(gè)基質(zhì)表面形成鏡片形狀的單層碳原子“孤島”，“孤島”逐漸長大，最終長成一層完整的石墨烯。第一層覆蓋率達(dá)80%后，第二層開始生長，底層的石墨烯與基質(zhì)間存在強(qiáng)烈的交互作用，第二層形成后就前一層與基質(zhì)幾乎完全分離，只剩下
7、弱電耦合，這樣制得了單層石墨烯薄片。但采用這種方法生產(chǎn)的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質(zhì)之間的黏合會影響制得的石墨烯薄片的特性[5]。2.1.3液相和氣相直接剝離法液相和氣相直接剝離法指的是直接把石墨或膨脹石墨(EG)(一般通過快速升溫至1000°C以上把表面含氧基團(tuán)除去)加在某種有機(jī)溶劑或水中，借助超聲波、加熱或氣流的作用制備一定濃度的單層或多層石墨烯溶液。Coleman等[3]參照液相剝離碳納米管的方式將石墨分散在N-甲基-吡咯烷酮(NMP)中，超聲1h后單層石墨烯的產(chǎn)率為1%，而長時(shí)間的超聲(462
8、h)可使石墨烯濃度高達(dá)1.211mg/mL。因以廉價(jià)的石墨或膨脹石墨為原料，制備過程不涉及化學(xué)變化，液相或氣相直接剝離法制備石墨烯具有成本低、操作簡單、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在單層石墨烯產(chǎn)率不高、片層團(tuán)聚嚴(yán)重、需進(jìn)一步脫去穩(wěn)定劑等缺陷。2.2化學(xué)法制備石墨烯目前實(shí)驗(yàn)室用石墨烯主要通過化學(xué)方法來制備，該法最早以苯環(huán)或其它芳香體系為核，通過多步偶聯(lián)反應(yīng)使苯環(huán)或大芳香環(huán)上6個(gè)
