化学气相沉积法制备石墨烯及其结构、性能调变.pdf

南京邮电大学
硕士学位论文摘要


学科、专业:工学信息材料
研究方向:纳米生物与信息传感

作者:赵进(学号:Y007091833)
导师:马延文副教授

题目:化学气相沉积法制备石墨烯及其结构、性能调变
英文题目:Preperation of Graphene by Chemical Vapor Deposition and
Its Structure and Property Modulation

主题词:CVD,铜,石墨烯,氧化镁,非晶石墨烯,氮掺杂
Keywords: CVD, Cu, graphene, MgO, amorphous graphene, nitrogen doping
南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要
摘要
石墨烯是由碳原子以六元环结构周期性排列而构成的二维单层结构。石墨烯具有独特的
电子和能带结构,表现出了一系列新颖独特的性质,如量子霍尔效应、可调节的带宽、极高
的电子迁移率、相当高的杨氏模量和比表面积,这使得石墨烯在传感器、透明触摸屏、光板、
太阳能电池等众多领域具有潜在的应用价值,甚至可能成为制造卫星、飞机、汽车的高性能
复合材料的组成部分。但是要实现墨烯的实际应用,需要实现它的大规模、大面积和可控制
备。在众多制备方法当中,化学气相沉积法(CVD)是最有可能实现这一目标的方法。在 CVD
方法中,影响石墨烯生长的因素包括衬底的类型、生长温度、压力、碳源以及生长时间等因
素。通过改变这些因素,有望对石墨烯的生长过程进行调控,从而制备出不同层数、类型和
质量的石墨烯。这对石墨烯的电子结构调变,探索新性能,并最终促进石墨烯的应用具有重
要意义。本论文在石墨烯的化学气相沉积法制备及其结构性能的调控等方面取得了一定的进
展,归纳如下:
1. 我们采用 CVD 法,在低压高温条件下以甲烷和氢气为前驱物在铜基底上制备出了高
质量大面积的石墨烯薄膜,并且通过拉曼光谱、透射电子显微镜等仪器对石墨烯进行了全面
的表征,掌握了石墨烯的表征技术。此外,我们实现了将石墨烯转移到二氧化硅、PET 等多
种衬底上,掌握了石墨烯的转移技术,为后续涉及石墨烯的课题研究提供了材料来源和技术
保证。
2. 大面积非晶石墨烯的制备依然处于其理论和初始阶段。我们采用 CVD 法,在常压下
于 650-800 ℃范围内以,分别以苯为碳源,在单晶氧化镁基片上成功制备了出非晶石墨烯,
并用透射电子显微镜、选区电子衍射、拉曼光谱等表征技术研究了生长温度对非晶石墨烯薄
膜的层数和结晶度的影响,实现了通过改变生长温度来调节薄膜层数。制备的 2-5 层的非晶
石墨烯薄膜透光率大于 85%,电导率小于 1×10-3 S/cm。
3. 在掌握非晶石墨烯的基础上,我们通过将前驱体苯改为吡啶制备出了非晶氮掺杂石墨
烯,实现了通过改变生长温度对氮掺杂非晶石墨烯薄膜的层数调控。制备的氮掺杂非晶石墨
烯中氮碳原子比(N:C)在 - 之间。制备的氮掺杂非晶石墨烯薄膜在波长 550 nm 下
的透光率可高达 %。材料电性能研究表明,氮原子的引入提高了非晶石墨烯的电导率。

关键词:CVD,铜,石墨烯,氧化镁,非晶石墨烯,氮掺杂
I
南京邮电大学硕士研究生学位论文 ABSTRACT
ABSTRACT
Graphene, a monolayer of sp2-bonded carbon atoms, is a quasi-2-dimensional (2D) material.
The uniquel electron structure of graphene make itself own a series of unique and fascinating
properties such as quantum Hall effect, tunable band gap, extremely high mobility, remarkably high
Young’s modulus and very large specific surface area, which make them suitable for a vast variety
of potential applications such as transistors, transparent touch screens, light panels, solar cells and
may be the posites for satellites, airplanes, and cars. H