理论教育 CVD法制备石墨烯的生长机理与工艺参数影响

CVD法制备石墨烯的生长机理与工艺参数影响

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:本章首先从CVD法制备石墨烯微观机理出发,阐述了碳源裂解、初期石墨烯成核过程、石墨烯晶核生长的热力学过程,以及基底、氢气、温度等工艺参数对石墨烯生长动力学过程的影响。此外,在CVD法制备石墨烯过程中,引入等离子体等辅助能量促使碳源在低温下分解也可以降低石墨烯的制备温度。最后,本章分别从在绝缘基底-金属辅助层和绝缘基底上直接生长石墨烯两个方面介绍了在绝缘基底上制备石墨烯领域取得的一些进展。

CVD法制备石墨烯的生长机理与工艺参数影响

本章首先从CVD法制备石墨烯微观机理出发,阐述了碳源裂解、初期石墨烯成核过程、石墨烯晶核生长的热力学过程,以及基底、氢气、温度等工艺参数对石墨烯生长动力学过程的影响。随后论述了CVD法制备单层石墨烯和双层石墨烯方面已取得的一些进展,并分别从“单点成核”和“多点成核”两种方法介绍了制备大面积单晶石墨烯的相关原理和已取得的一些进展。

其次,低温下实现高品质石墨烯的可控制备也是石墨烯薄膜制备的一个重要研究方向。通过选择不同的碳源,增加其在金属催化基底上的吸附能和脱附势垒,促使其在低温下进行裂解反应,可实现较低温度下制备石墨烯。以芳香烃分子(如苯、对三联苯等)作为碳源,可在300℃时实现高品质石墨烯的可控制备。此外,在CVD法制备石墨烯过程中,引入等离子体等辅助能量促使碳源在低温下分解也可以降低石墨烯的制备温度。

最后,本章分别从在绝缘基底-金属辅助层和绝缘基底上直接生长石墨烯两个方面介绍了在绝缘基底上制备石墨烯领域取得的一些进展。目前,已经实现了在h-BN、SiO2/Si、石英、Al2O3、SrTiO3乃至普通玻璃等不同绝缘基底上石墨烯的生长。相比于在金属基底上制备的石墨烯,在绝缘基底上制备的石墨烯品质还有待进一步提升。

[1] 1sccm=1mL/min(标准状况)。(www.daowen.com)

[2] 1Torr≈133.322Pa。

[3] 1atm=101325Pa。

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