单层和双层石墨烯的可控制备和结构表征

2014-10-12 崔宜之 北京市中关村中学

  以甲烷作为碳源,采用化学气相沉积方法低压下在两种不同厚度的铜箔上生长出石墨烯。利用光学显微镜、拉曼光谱、扫描电子显微镜对石墨烯的结构、形貌和层数进行了表征。结果表明,可以通过调控反应的生长参数来控制石墨烯的层数,实现了单层石墨烯膜、双层石墨烯岛以及双层石墨烯膜的可控制备。并对不同层数石墨烯生长的机制进行初步的分析。

  纳米涂料(Granphene) 是由碳原子框架设计团间以sp2 杂化产生六角环,第二步拓宽产生如蜂窝状的编织成单面原子框架设计团二维多结晶体框架设计,不是个多种一般的二维光学器材保障体系。石墨编织成单面或薄层涂料由瑞典合理家在2004 年时需新闻稿件,因纳米涂料所更具的才能独立稳定性高会有的二维框架设计及现象好的独一无二物性现在已经促使了合理家们的极大值意向。如纳米涂料更具半装修资料性、平滑电能散射,高的本征搬迁率( 约200, 000 cm2 /Vs) ) ,在常温能够观看到量子霍尔不确定性,非零最大量子导电率和Klein 遂穿等,使其列席不确定性多结晶体管、高頻光学器材器材、光调制解调器、无色导电聚酰亚胺膜、功能性黏结涂料、微电网涂料、调节器器等方位有广阔无垠的APP发展趋势。   近些年,这对石墨稀的制得形式首要有:机剥落技能、单晶体体轻五金外层本质滋生、SiC 本质滋生、防氧化修复及药剂学气相色谱仪沉积状( Chemical Vapor Deposition,CVD) 法等。机剥落技能即便能够受到找不到的弊病的、构造好的三层石墨稀,但的尺寸话题束缚了其技能应用; 在单晶体体轻五金外层本质滋生石墨稀,能够受到大使用面积和高水平量的三层石墨稀,但对设配和科学实验水平需求很高; 利用SiC 本质滋生的石墨稀,其总层的数量无法管理共处在较多的弊病。负压技能网(//crazyaunt.cn/)以为主要是因为CVD 形式在纳米技术的材料制得部分更具一些多样优劣势,经常使用于半导体行业工艺中制得膜。   CVD 的办法制得的纳米材料,具备有大规格、数层均一、型式完整版、透光度好、利于转入、是和的规模研发等一些缺点,而正渐渐当上某种生活重要的的纳米材料制得的办法。CVD 的办法制得纳米材料的起初钻研中,最早的是运用多晶Ni 底材做为催化反应剂,生形成编织成单面的纳米材料。鉴于碳在Ni 中溶于度较少,致使纳米材料的规格较小,部分不均匀的,数层仍未管理,那么,Ni不算某种生活更加好制得编织成单面纳米材料的衬底。2009 年,俄罗斯潍坊二本大学奥斯汀分校的Ruoff 钻研组利用率多晶Cu做为衬底,在舒张压下于Cu 外表上生形成大体积的编织成单面纳米材料。在这儿基础理论上,CVD 的办法的纳米材料制作而成钻研要先拿到快速的发展,被看做是某种生活很有发展方向的制得纳米材料的的办法。就算编织成单面纳米材料具备有一些先进的物理防御材质,但鉴于编织成单面纳米材料具备有能量场直线折射率影响,带隙为零,那么受到限制其在道理转换开关和储备器中的操作。而多层纳米材料不仅仅外出静电场成脂下将其带隙打开文档,且可以做到对其带隙完成干预( 最好250meV) ,可以用在于制得隧洞场不确定性单晶体管和能调谐二氧化碳激光器电子元器件大家庭中的一员-二极管,那么带来员工的很广加关注。

  本文采用CVD方法,通过控制实验参数,在多晶铜衬底上制备出了大面积的单层及双层石墨烯,并用光学显微镜(OM) 、场发射扫描电子显微镜(SEM) 以及拉曼光谱对制备出来的石墨烯薄膜进行了表征与分析。

1、实验部分

  1.1、纳米材料的准备

  实验使用天津市凯恒公司生产的单温区管式高温电炉作为CVD 加热装置,如图1 所示。首先将铜箔的尺寸固定为1 cm × 1 cm 大小,然后放置于100mL 的烧杯中,依次用适量的丙酮和无水乙醇超声清洗15 min,最后用氮气吹干。将干燥后的铜箔放入石英舟中,放入石英管中并使其处于CVD 电炉中心的恒温加热区段,将石英管密封。打开机械泵抽真空至1.0 Pa 以下后,向石英管中通入一定量的氢气和氩气后启动升温程序。在50 min 内将温度由室温升高到1000℃ ( 或者60 min 内由室温升高到1050 ℃) ,并在该温度下保温30 min,这是为了还原铜箔表面的氧化物以及增大铜的晶粒尺寸。然后调节真空度至1. 0 × 104 Pa,通入适量的甲烷,反应30min 后,自然降至室温。得到在Cu 衬底上制备出了石墨烯薄膜。

Cu 表面制备石墨烯的CVD 装置示意图

图1 Cu 界面制作石墨稀的CVD 装制示图图   1.2、纳米材料的改变   纳米材料的转换流程如下图2 提示。在滋生纳米材料的铜箔接触面旋涂两个房高分子结构配位水滑石聚甲基丙烯酸酯甲酯( poly( methyl methacrylate) ,PMMA) 后,将打样定制放至180 ℃的热板上烘烤1 min,之后将涂有PMMA的纳米材料打样定制放至0.05 mol /L 的FeCl3液体中,为宜24 h 以后,铜箔被充分刻蚀掉。用载玻片掏出浮起在液体接触面上的打样定制,用去阴阳铁离子水重复洗,还有,用SiO2片将PMMA/G 塑料薄膜打捞到,那自然风干后,将打样定制放至90℃的二甲苯中煮三四次,每一次的10 min,消除盖住在纳米材料接触面上的PMMA,还有主要用那时,去阴阳铁离子水洗,N2吹头,能够得到转换到300 nmSiO2 /Si底材上的纳米材料打样定制。

石墨烯转移流程图

图2 石墨稀转让操作流程图

2、结论

  顺利凭借化学上的气相色谱仪积累的具体技巧在有两种不一板厚的铜箔上分別生形成一层纳米材料材料材料,加厚纳米材料材料材料岛和加厚纳米材料材料材料膜,并对纳米材料材料材料开展了光電显微镜观察,Raman 光谱分析和SEM 定性分析。设计結果反映出顺利凭借控住生长期发育影响环境,能否确保一层纳米材料材料材料和加厚纳米材料材料材料的可控性生长期发育。主要采用该具体技巧配制的加厚纳米材料材料材料的尺寸图能否起到20 ~ 30 μm,这为其那么将来在纳电子厂元电子元器件封装、光電元电子元器件封装和所有可能性实际的app能提供必须设计框架。