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1、石墨烯的石墨烯的CVDCVD法制备法制备 第1页/共15页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 表面生长机制第2页/共15页 渗碳析碳机制：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：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。第3页/共15页 C源：主要为烃类，如（甲烷，乙烯，乙炔），选择碳源主
2、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（800oC温度 中温 600-800oC 低温 600oC第4页/共15页 实验条件：常压，高温。基体：铜，20um， C源：固态有机废物。第5页/共15页 第6页/共15页预处理：（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
3、 （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.第7页/共15页 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。第8页/共15页 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
4、叠部分。（overlapped bilayer regions）第9页/共15页 若干个增大石墨烯尺寸的有效方法：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控压系统第10页/共15页2.Single CrystalsMade on the Inside of Enclosure-like Cu Structures 第11页/共15页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1mm。第12页/共15页 RMS ：方均根第13页/共15页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。第14页/共15页感谢您的观看！第15页/共15页
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