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1、第26卷第1期新型炭材料Vo.l26No.12011年2月NEWCARBONMATERIALSFeb.2011文章编号:10078827(2011)01002605石墨烯片的制备与表征冯颖,黄世华,康凯,段晓霞(北京交通大学光电子技术研究所,北京100044)摘要:通过微机械剥离高定向热解石墨(HOPG)法和化学气相沉积法(CVD)分别制备了不同层数的石墨烯片,并将其转移到硅片上。利用石墨烯片在不同厚度SiO硅片上光学显微图像颜色及对比度存在的差异,对其层2数进行了识别与区分。采用原子力显微镜(AFM)和拉曼(Raman)光谱判定了所制石墨烯片的层数。结
2、果表明:所制石墨烯片有单层、少数层和多层。与双层石墨烯片的Raman谱图比较,多层石墨烯片的2D模线宽变宽,G模强2度增大。此外,CVD法可生长出大面积(~cm)的石墨烯片。关键词:石墨烯;高定向热解石墨;微机械剥离法;化学气相沉积法+中图分类号:TQ127.11文献标识码:A[1718]1前言可以区分单层和多层石墨烯片,但方法复杂效率较低。大多数实验室采用高倍光学显微镜、原子继碳纳米管之后,石墨烯(也称为石墨单层或[19]力显微镜和拉曼光谱进行分辨。在光学显微镜者单层石墨)成为备受瞩目的低维炭材料,国内也下,具有不同层数的石墨烯颜色及对比度有差异,利[12]已经展开研究。石墨
3、烯由等单层六边形碳原子用这种差异可以判定石墨烯的位置及层数。这种方[3]元胞构成,原子呈二维蜂窝状排列,具有良好的法非常直观,但是由于实验条件不同,结果准确与否力学和电学性能。石墨烯中载流子具有弹道输运特取决于观测者的经验。因此,在实际中往往需要把性,室温下载流子的平均自由程和相干长度达到微几种表征方法得到的结果互相比较,互相印证。2米量级,迁移率(200000cm/Vs)大约是硅的100本文报道通过微机械剥离高度定向排列热解石[46]倍,有利于制造更小的快速转换信号的晶体管。墨(HOPG)和化学气相沉积(CVD)两种方法制得另外,由于碳具有较高的熔点和高的热导率,所以石石墨烯片,利
4、用光学显微镜、AFM和Raman光谱对墨烯器件有可能在高温下工作。这些性质均使其成样品进行表征,并对测量结果进行了比较和讨论,旨[7]为未来纳米电子器件和纳米电路的理想材料,具在探索最佳的石墨烯片制备工艺与表征方法。有广阔的应用前景。长期以来,人们一直认为热力学涨落不允许任2实验何二维晶体在有限的温度下存在,所以尽管碳的零维和一维结构的研究开展较早,但是直到2004年二2.1微机械剥离HOPG维碳结构石墨烯才被Novoselov和Geim等发微机械剥离法是较早用于获得石墨烯片的一种[3,8][8]现。目前石墨烯的制备方法主要有:加热SiC简便方法,可以得到单层或数层的石墨烯片
5、。[910][3]基底外延生长、微机械剥离,金属Ru或Ni薄即,先在透明胶带上粘住一块HOPG,反复进行几次[1113][1415]膜上沉积和化学分散等。不同方法制备胶粘撕裂剥离,然后把胶带纸有石墨烯片的一面与的石墨烯在形貌上差异较大,无论哪种方法,结果都硅片接触,并反复按压,胶带移走后石墨烯片就转移或多或少混有多层石墨烯片,均对单层石墨烯的识到了硅基片上。图1示意描述了这种方法使石墨片辨产生干扰。因此,如何快速有效鉴定石墨烯的层从三维降低到二维的过程。HOPG在胶带间不断转[16]数是迫切需要解决的问题。通过量子霍尔效应移不断变薄,层数越来越少,转移到硅基底上后可能收稿日期:20
6、090701;修回日期:20110209基金项目:国家杰出青年科学基金(60825407),国家自然科学基金(60877025),北京市科学技术委员会专项基金(Z08000303220803),北京自然科学基金(2092024),北京交通大学基金(2007XM048).通讯作者:黄世华.Te:l+861051683414,Emai:lshhuang@bjtu.edu.cn作者简介:冯颖(1982-),女,云南人,博士研究生,主要从事低维炭材料及其电子器件的研究工作.Te:l+861051466793,Emai:l05118310@bjtu.edu.cn第1期冯
7、颖等:石墨烯片的制备与表征27发现独立存在的石墨烯片。片上并用丙酮除去PMMA,这样石墨烯片就被转移到硅片上。由此得到的石墨烯片面积可达数平方厘米。3结果与讨论3.1光学显微镜表征石墨烯片厚度为0.34nm,数层也仅为几个纳米,肉眼无法观察到。为便于发现和表征石墨烯片,通常将其附着在某种基底上。可以作为基底的材料[21]有许多种,由于石墨烯具有和硅基集成结合作为[7]下一代晶体管沟道材料的潜力,所以实验选
