厦大硕士论文 陈珊珊

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1、学校编码：10384分类号密级学号：19820070153904UDC中美联合培养博士学位论文超大面积石墨烯化学气相沉积生长、性质及应用研究Synthesis,CharacterizationandApplicationofLargeAreaCVDGraphene陈珊珊中方指导教师：康俊勇美方指导教师：RodneyS.Ruoff蔡伟伟专业名称：微电子学与固体电子学论文提交日期：2011年5月论文答辩时间：2011年5月学位授予日期：答辩委员会主席：余金中评阅人：马旭村，陈曦，贾金锋2011年5月厦门大学学位论文原创性声明本人呈交的学位论文是本人在导师指导下,独立完成的

2、研究成果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和《厦门大学研究生学术活动规范（试行）》。另外，该学位论文为（）课题（组）的研究成果，获得（）课题（组）经费或实验室的资助，在（）实验室完成。（请在以上括号内填写课题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特别声明。）声明人（签名）：年月日厦门大学学位论文著作权使用声明本人同意厦门大学根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文（包括纸质版和电子版），允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数

3、据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于：（）1.经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于年月日解密，解密后适用上述授权。（）2.不保密，适用上述授权。（请在以上相应括号内打“√”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。）声明人（签名）：年月日摘要石墨烯及其相关材料因为其优异的物理、

4、化学性质在高速计算芯片、复合材料、平板显示、储能元件等方面有着广泛的应用前景。不同于传统材料，人们对这种具有蜂窝结构的二维晶体还知之甚少；其生长、表征还是世界性的研究热点和难点；其应用方面的研究也有待深入拓展。本论文围绕石墨烯生长、表征以及应用三大方面内容，结合化学气相沉积技术、微区Raman光谱技术、光学电学性能测试技术，着重从单层、多层石墨烯化学气相沉积制备、热输运性质表征、石墨烯抗氧化性以及石墨烯场效应晶体管应用等方面开展了全面的研究，主要取得如下研究成果：石墨烯生长方面，采用目前最先进的化学气相沉积制备技术，在Cu表面实现晶粒尺寸可控的石墨烯生长；利用同位素追

5、踪技术研究其生长机理；提出应用热氧化法直接在Cu衬底表面表征石墨烯的单晶尺寸及其缺陷密度；首次提出在Ni-Cu合金衬底上采用化学气相沉积技术制备石墨烯；观察到石墨烯生长的衬底晶向关联行为；成功制备了可控厚度从亚单层到19nm的大面积亚单层、单层、大部分双层、多层石墨烯以及超薄石墨；研究了层厚关联的光学、电学特性。石墨烯表征方面，提出其热输运的非接触光学测量新方法，实现真空和气体环境下，石墨烯热导率的准确测量，并发现了石墨烯和气体的热交换规律；测量不同几何尺寸（2.9—9.7微米直径）悬空石墨烯的热导率，初步探讨二维石墨烯热导率与尺寸的依赖关系，发现随着石墨烯尺寸增加其

6、热导率缓慢增加，其变化趋势应证了理论预测的二维体系热导率与横向尺寸的对数关系。石墨烯应用方面，首次提出把石墨烯作为金属表面防护层，并应用到抗氧化、抗腐蚀的领域。测试了石墨烯在高温氧化气体介质和强氧化剂溶液中的抗氧化性能；测试了酸盐溶液中石墨烯的抗腐蚀性能；讨论了石墨烯缺陷、晶界对抗氧化、抗腐蚀性能的影响。此外，在电子器件应用方面，首次提出表面金属掺杂技术，i对石墨烯场效应晶体管的载流子浓度和极性进行调控；探讨石墨烯效应晶体管在传感器等方面的应用，系统研究极性分子（例如NH3）在石墨烯表面的吸附、解吸附以及电场诱发的翻转行为。最后，还对极性分子与石墨烯之间电荷转移率进行

7、深入研究，发现电荷转移率与极性分子的取向关系。关键词：石墨烯；化学气相沉积；热输运；场效应晶体管；抗氧化性。iiAbstractGrapheneisapromisingadvancedmaterialforbroadapplicationsinintegratedcircuits,radiofrequencytransistor,compositematerials,transparentconductingelectrodesandenergystorage.Althoughgraphene,particularlytheelectrontrans