石墨烯的制备和表征

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3、ne和Few-layergraphenes)一般被统称为石墨烯材料(graphenes)。石墨烯由单层六边形平面碳原子环构成，厚度仅相当于一个原子。石墨烯比较显著的优点有很多，例如超强导电性、超高强度和透光性（因为极薄)，这使它成为制造可弯曲显示设备和超高速电子器件的理想材料。石墨烯的应用范围很广，从可折叠显示器到有机太阳能电池，从柔性电子产品到智能服装，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。6年前才首次被分离出来的石墨烯，如今已经出现在新型晶体管、存储器和其他器件的原型样品当中。自2004年安德烈·K·海姆(AndreGeim)教授和科斯佳．诺沃谢

4、洛夫(KostyaNovoselov)研究员首次制备出石墨烯以来，石墨烯受到了全世界科学家的广泛关注。不过，要让石墨烯离开实验桌，正式摆上商品货架，还必须找到新的方法，大量制造单层均匀的石墨烯薄片，以满足工业化生产的需求。化学气相沉积法(Chemicalvapordeposition)是应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的方法，其生产工艺十分完善，因而也成为研究人员制备石墨烯的一条可行性途径。实验证实，化学气相沉积法是制备大尺寸、高质量石墨烯的最省钱方法之一，可以与现有的半导体制造工艺兼容。利用这种方法制备出来的大尺寸石墨烯薄膜不仅具备高硬

5、度和高拉伸强度，其电学特性也是现有材料中最好的。这些单原子层厚的碳薄片是非常有前途的材料，可以用来制造平板显示器所必需的柔性、超薄电极和晶体管。另外，石墨烯还可以制作可折叠的有机发光二极管(OLED)显示器和有机太阳能电池。单层石墨烯之所以至2004年才被人们发现，是因为表征手段的限制，目前表征石墨烯的有效手段主要有：原子力显微镜、光学显微镜、Raman光谱、XRD（X射线衍射仪）。随着石墨烯制备工艺的不同，其表征手段也在进一步发展之中。二、科研的主要内容我们首先将前人对石墨烯的研究工作进行了总结，主要集中在2004年单层石墨烯被制备出来至今，并对一些

6、制备、表征手段进行了比较。然后在相关文献的基础上，采用化学气相沉积法在Ni基上制备石墨烯，经过我们的努力，最终获得了制备石墨烯薄膜的较适合条件，并通过控制改变石墨烯的生长条件，得到较适合生长大面积较平坦连续的实验条件。然后，我们利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力学显微镜（AFM）、拉曼光谱（Raman）将其表征出来。其中，SEM和AFM为我们进一步准确表征石墨烯提供了参考，Raman光谱的表征为我们对石墨烯的判断提供了依据。三、科研分工我们的科研内容大部分都是两个人共同参与，如果要细分重点的话，万峻辰同学主要负责石墨烯的制备，孙惠同学主要是负责石墨烯

7、的表征。四、石墨烯的制备首先我们用电子束在SiO2/Si基底上蒸镀200nm厚的Ni膜，准备好真空管式炉及一根干净的玻璃管作为蒸镀室。实验开始之前需保护好Ni膜不受磨损及杂质影响，并保持干燥，确保实验尾气处理安全。因为Ni膜很薄，不适合在丙酮中浸泡，所以实验时我们仅适用吹气球将表面处理干净，这不可避免的会给实验带来一些误差。然后，将Ni膜放入处于真空管式炉中的玻璃管中，通入250sccm的Ar气和30sccm的H2，设定好程序后开始加热，在加热之所需温度后（900℃-1000℃），略微退火几分钟，此时通入2-3min的适量CH4气体，之后，从真空管式炉

8、中迅速抽出玻璃管，使其迅速冷却，便在Ni膜表面形成了石墨烯层。因为影响石墨烯生长的因素有很多，