铜箔预处理对石墨烯质量的影响研究进展.pdf

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1、2017年4月陕西理工学院学报(自然科学版)Apr．2017第33卷第2期JournalofShaanxiUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vol．33No．2［文章编号］1673－2944(2017)02－0001－07铜箔预处理对石墨烯质量的影响研究进展孙云飞，徐策，薛伟，宋佶昌，王其伶，谢锋，杨祥魁(山东金宝电子股份有限公司铜箔研发中心，山东招远265400)［摘要］石墨烯因其独特的结构和优异的性能，自发现以来一直是研究的热点。铜箔作

2、为一种在化学气相沉积(CVD)法制备石墨烯中广泛采用的衬底材料，表面形貌直接影响石墨烯的质量。基于近几年CVD法制备石墨烯的研究进展，综述了铜箔的主要预处理方法及其对石墨烯质量的影响。介绍了商用超光滑锂电铜箔在石墨烯制备中的应用，并对其应用前景进行了展望。［关键词］铜箔;预处理;石墨烯;化学气相沉积+［中图分类号］TB333．12［文献标识码］A［1］近年来，碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域。自2004年Novoselov等人首次用机械剥离法制备出石墨烯以来，因其独特的结构和优异的性能，激起科学界的新一轮研究热潮。石墨烯高载流子迁移率、高导热、高透光、高断裂强度及良好的化学稳定性等

3、特性，使其在众多领域的应用前景极为广阔，尤其在电子芯片、导电填料、高性能储能装置、复合材料、高导热塑料、锂电池负极材料及表面工程等领［1-9］域极具应用潜力。［10-11］石墨烯的制备方法主要有剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法、化学气相沉积法等，其中化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)法是目前公认的可制备出大面积、高质量石墨烯薄膜的方［12］法。CVD法制备石墨烯需依附在金属衬底上，因此金属基底的选择尤为重要。2009年，Li等人首次在铜箔表面，采用CVD法沉积生长出单晶占95%的厘米级石墨烯样品，并发现石墨烯在铜表面属于吸附自限制的生长方式，此

4、方法制得的石墨烯层数可控且均一。另外，铜较铷、铱、铂等其他金属在成本及［13］后续石墨烯转移方面更具优势，因此，铜箔在石墨烯制备过程中越来越受到重视。铜箔为基底CVD法制备石墨烯的过程中，由于石墨烯是依附在铜箔表面生长的，其形貌特征完全复制铜箔的表面结构，因此，铜箔的表面形态直接影响石墨烯薄膜的品质。尽管铜箔表面的杂质、缺陷、晶界等形貌特征不影响石墨烯连续生长，但较高的成核率无法制得大面积单晶石墨烯，严重影响了载流子迁移率等性能，且在后续转移过程极易产生皱褶及破损，因此铜箔表面形态是制备高质量石墨烯薄膜［14-18］的一个重要影响因素。通常在CVD沉积石墨烯之前需要对铜箔进行预处理，

5、以去除铜箔表面杂质层、改善铜箔表面形貌。本文对近年来CVD沉积制备石墨烯中铜箔基底的预处理方法进行了综述，叙述了不同预处理工艺对铜箔表面形貌的改善及对所制得石墨烯质量的影响，并对超光滑锂电铜箔在石墨烯制备中的应用进行了介绍。收稿日期:2016-11-10修回日期:2017-01-09作者简介:孙云飞(1987—)，男，山东省招远市人，山东金宝电子股份有限公司助理工程师，硕士，主要研究方向为电解铜箔生产与研发;［通信作者］杨祥魁(1980—)，男，陕西省山阳县人，山东金宝电子股份有限公司工程师，主要研究方向为铜箔研发。·1·陕西理工学院学报(自然科学版)第33卷1铜箔基底的预处理因原始

6、铜箔制造工艺的影响，其表面存在明显的条纹形貌及位错、凹凸等缺陷，使铜箔表面不够光滑平整，这些外观缺陷将直接影响石墨烯均匀生长。另外，为避免保存及运输过程中铜箔被氧化，铜箔生产商常在铜箔表面形成一层保护层，而此保护层的存在会阻碍铜的催化作用，不利于石墨烯的生长。虽然铜箔在干燥环境下比较稳定，但当其接触潮湿空气时，表层铜会被缓慢氧化，形成一层很薄的氧化层，亦需对此氧化层进行清除。因此，在制备石墨烯之前，需要对铜箔进行预处理，以改善其表面形貌。目前对铜箔的预处理方法主要有液体蚀刻抛光、机械抛光、电化学抛光、熔化再固化、蒸发再沉积等。另外，对于蚀刻或抛光后的铜箔，通常还要进行高温退火处理，以

7、增大铜晶粒尺寸，减少铜箔表面缺陷，同时还能有效降低石墨烯的成核密度。1．1溶液蚀刻抛光铜箔表面常含有许多杂质颗粒，直接化学气相沉积，很难制得层数单一的石墨烯，而且不同批次的［16］铜箔表面形态也不一样，使得石墨烯的制备不可重复。Kim等人研究发现，利用镍蚀刻剂或者硝酸对铜箔进行预清洗，可以有效去除铜箔表面的杂质颗粒，但得到的铜箔表面仍较粗糙，原始压痕清晰可见。继续对其进行高温退火处理，得到的铜箔表面较平整光滑，如图1所示。图1溶液蚀刻抛光处理铜箔处理后的铜