MPCVD工艺参数对石墨烯性能影响的研究

2015-01-02 柳国松 武汉工程大学

  实验采用MPCVD装置,以氢气和甲烷为主要气源,氮气和氩气为辅助气源在镍片上生长石墨烯薄膜,并对不同条件下制备样品进行拉曼光谱仪表征,通过拉曼光谱图中D峰和D′峰峰强来分析石墨烯缺陷含量;2D峰峰强和半高宽来分析薄膜层数。结果显示氮气等离子体离解率低,会增加成膜缺陷不利于成膜;氩气离解率较高,适量的氩气会减少缺陷含量提高膜层质量;较低功率会加速石墨的沉积,较高功率会增加sp3杂化的碳碳键的形成。

  论文引言   自曼彻施特大型学Geim 等首度用到机械制造设备剥除法治建设备出纳米材料装修材料今年以来,原因其特点的二维单分子层布置,使其具备一些装修材料不可能借喻的电学和物理药剂学成分,能够得到了数学的界的宽泛的关注,数学的家实现合作英语其他的施工工艺治建设备出使用性能、产品品质高品质的纳米材料装修材料。纳米材料装修材料的提纯施工工艺有一些,分为机械制造设备剥除法、物理药剂学色谱基性岩(CVD)法、氧化物重置法、概念。中间CVD管式炉辊道窑法原因其施工工艺的完美,日本三星座己经在金属片上提纯出76.2 cm的双层结构纳米材料装修材料。

  石墨烯的表征成为研究过程中重要的部分,分析石墨烯的缺陷(如体缺陷、边缘缺陷、晶粒缺陷和晶粒尺寸)已成为实验继续的重要环节,光学显微镜只能简单观察石墨烯的存在,很难分析层数和缺陷。其中拉曼光谱分析由于具有高空间分辨率能够观察出石墨烯的缺陷,以及能表征薄膜的晶体结构、电子能带、声子能量色散等,已成为分析石墨烯质量最常用的手段。石墨烯拉曼光谱图中主要包含了2个主峰:反应薄膜对称性的G峰(1580 cm-1附近)和双声子共振拉曼峰2D峰(2700 cm-1附近),其中G峰为石墨烯的主要特征峰,是由碳原子的面内震动引起的峰,此峰对薄膜应力影响敏感,并能有效的反应出石墨烯薄膜的层数,层数的增加G峰会往小波数方向移动,同时由于sp2形态的非晶碳或者类金刚石的出现又会使G峰右移;2D峰通常指双声子拉曼共振峰为区域边界声子的二级拉曼散射峰,通常对石墨烯层数有直观反映,易受激光光波长的影响,石墨烯层数的增加会使2D峰往大波数方向移动。实验结果通常包括多个缺陷峰包括D峰(1350 cm-1附近),通常认为是石墨烯的无序震荡峰,由远离布里渊区的晶格振动引起的;D′峰(G峰附近)、D+D′峰(2 935 cm-1附近),实验过程中由于各方面的原因会引入缺陷峰。研究目的是通过反复实验寻求最佳的生长条件,找缺陷峰最低的试验参数。

  1、实验报告原因及期间

  实验采用微波等离子体化学气相沉积法(MP⁃CVD)低温条件下在镍基底上沉积的石墨烯,并对不同条件下生长石墨烯的拉曼光谱图进行分析。实验原理为微波电源放电裂解气源产生等离子体,再将裂解后的气源沉积到基片上形成薄膜的过程。这种方法优于普通CVD法于两个方面:

  (1)不须得温度高受热裂解碳源有机废气气体,在较环境温度度下时需裂解丁烷形成了碳源;   (2)沉淀时长较短,普通在30~120 s既能来完成破乳。   实验英文中应用新加坡Woosin厂家研发的MPECVDR2.0系统的装备,比较大打出热效率为2 000 W,任务速率2.45 GHz,热效率换为模试TM020,装备底材下有同一个个手机一键加速的碳氮黏结装修材料制作而成的加熱盘,可能加熱比较高室内温度为900 ℃。沉淀积累基片应用色度为99.99%的镍片,沉淀积累石墨稀以后先将基片外表面用等铁离子体刻蚀清洗,刻蚀叁数如表1。 表1 表面能补救工序基本参数

表面处理工艺参数

  实验报告中通过632 nm光的波长的拉曼光谱解析仪单独在镍片勤奋行表现,并对氩气标准、徽波功效及氧气减压阀的其他对溥膜品质的引响做后轻松解析。   3、检测论证   用徽波等阳离子体物理化学气相色谱积累法在有差异 状况下制法纳米材料胶片,剖析胶片品质和层高的关系条件赢得:离氮气的通入会减掉碳源的离解、降底膜层的品质,少量氩气的通入促进碳源离解、挺高胶片的品质;徽波电公率较低时易成型非晶碳,伴随着电公率的变高促进企业纳米材料的转成,并且也促进类金刚石的成型。