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高质量大面积石墨烯的化学气相沉积制备方法研究

王文荣 周玉修 李铁 王跃林 谢晓明

高质量大面积石墨烯的化学气相沉积制备方法研究

王文荣, 周玉修, 李铁, 王跃林, 谢晓明
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  • 石墨烯因其奇特的能带结构和优异的物理性能而成为近年来大家研究的热点, 但是目前单层石墨烯的质量与尺寸制约了其实际应用的发展. 本文采用常压化学气相沉积(CVD)方法, 基于铜箔衬底, 利用甲烷作为碳源制备了高质量大面积的单层与多层石墨烯. 研究发现: 高温度、稀薄的甲烷浓度、较短的生长时间以及合适的气体流速是制备高质量、大面积石墨烯的关键. Raman光谱, 扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征结果表明: 制备的石墨烯主要为单层, 仅铜箔晶界处有少量多层石墨烯. 电学测试表明CVD制备的石墨烯在低温时呈现出较明显的类半导体特性; 薄膜电阻随外界磁场的增大而减小.
    • 基金项目: 国家科技重大专项(批准号: 2011ZX02707)、中科院知识创新工程重要方向项目(批准号: KGCX2-YW-23)、国家自然科学基金创新团队(批准号: 61021064)、国家自然科学基金(批准号: 60936001, 60876037)资助的课题.
    [1]

    Geim A K, Novoselov K S 2007 Nature Mater. 6 183

    [2]

    Han T W, He P F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3408 (in Chinese) [韩同伟, 贺鹏飞 2010 物理学报 59 3408]

    [3]

    Neto A H C, Guinea F, Peres N M R, Novoselov K S, Geim A K2009 Rev. Mod. Phys. 81 109

    [4]

    Hu H X, Zhang Z H, Liu X H, Qiu M, Ding K H 2009 Acta Phys.Sin. 59 7156 (in Chinese) [胡海鑫, 张振华, 刘新海, 邱明, 丁开和 2010 物理学报 59 7156]

    [5]

    Tan C L, Tan Z B, Ma L, Chen J, Yang F, Qu F M, Liu G T, YangH F, Yang C L, Lü L 2009 Acta Phys. Sin. 58 5726 (in Chinese) [谭长玲, 谭振兵, 马丽, 陈军, 杨帆, 屈凡明, 刘广同, 杨海方, 杨昌黎, 吕力 2009 物理学报 58 5726]

    [6]

    Ruoff R 2008 Nature Nanotech. 3 10

    [7]

    Wu Y Q, Lin Y M, Bol A A, Jenkins K A, Xia F N, Farmer D B,Zhu Y, Avouris P 2011 Nature 472 74

    [8]

    Park N, Hong S, Kim G, Jhi S H 2007 J. Am. Chem. Soc. 1298999

    [9]

    Heo C, Yoo J, Lee S, Jo A, Jung S, Yoo H, Lee Y H, Suh M 2011Biomaterials 32 19

    [10]

    Bonaccorso F, Sun Z, Hasan T, Ferrari A C 2010 Nature Photonics4 611

    [11]

    Loh K P, Bao Q L, Eda G, Chhowalla M 2011 Nature Chemistry2 1015

    [12]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y,Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov 2004 Science 306 666

    [13]

    Stankovich S , Dikin D A, Piner R D, Kohlhass K A, KleinhammesA, Jia Y, Wu Y, Nguyen S T, Ruoff R S 2007 Carbon 45 1558

    [14]

    Berger C, Song Z M, Li X B, Wu X S, Brown N, Naud C, MayouD, Li T, Hass J, Marchenkov A N, Conrad E H, First P N, Heer W A 2006 Science 312 1191

    [15]

    Rummeli M H, Bachmatiuk A, Scott A, Borrnert F, Warner J H,Hoffman V, Lin J H, Cuniberti G, Buchner B 2010 ACS Nano 44206

    [16]

    Wei D C, Liu Y Q, Zhang H L, Huang L P, Wu Bin, Chen J Y, Yu G 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 11147

    [17]

    Ding X L, Ding G Q, Xie X M, Huang F Q, Jiang M H 2011Carbon 49 2522

    [18]

    Reina A, Jia X T, Ho J, Nezich D, Son H, Bulovic V, Dresselhaus M S, Kong J 2009 Nano Lett. 9 30

    [19]

    Pan Y, Shi D X, Gao H J 2007 Chin. Phys. 16 3151

    [20]

    Coraus J, N'Diaye A, Engler M, Busse C, Wall D, Buckanie N,Heringdorf F J M, Gastel R, Poelsema B, Michely T 2009 New J.Phys. 11 023006

    [21]

    Li X S, Cai W W, An J H, Kim S, Nah J, Yang D X, Piner R, Velamakanni A, Jung I, Tutuc E, Banerjee S K, Colombo L, Ruoff RS 2009 Science 324 1312

    [22]

    Su C Y, Fu D L, Lu A Y, Liu K K, Xu Y P, Juang Z Y, Li L J 2011 Nanotechnology 22 185309

    [23]

    Ferrari A C, Meyer J C, Scardaci V, Casiraghi C, Lazzeri M, MauriF, Piscanec S, Jiang D, Novoselov K S, Roth S, Geim A K 2006Phys. Rev. Lett. 97 187401

    [24]

    Ni Z H, Wang Y Y, Yu T, Shen Z X 2008 Nano Res. 1 273

    [25]

    Yutaka K 1982 J. Phys. C: Solid State Phys. 15 5425

  • [1]

    Geim A K, Novoselov K S 2007 Nature Mater. 6 183

    [2]

    Han T W, He P F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3408 (in Chinese) [韩同伟, 贺鹏飞 2010 物理学报 59 3408]

    [3]

    Neto A H C, Guinea F, Peres N M R, Novoselov K S, Geim A K2009 Rev. Mod. Phys. 81 109

    [4]

    Hu H X, Zhang Z H, Liu X H, Qiu M, Ding K H 2009 Acta Phys.Sin. 59 7156 (in Chinese) [胡海鑫, 张振华, 刘新海, 邱明, 丁开和 2010 物理学报 59 7156]

    [5]

    Tan C L, Tan Z B, Ma L, Chen J, Yang F, Qu F M, Liu G T, YangH F, Yang C L, Lü L 2009 Acta Phys. Sin. 58 5726 (in Chinese) [谭长玲, 谭振兵, 马丽, 陈军, 杨帆, 屈凡明, 刘广同, 杨海方, 杨昌黎, 吕力 2009 物理学报 58 5726]

    [6]

    Ruoff R 2008 Nature Nanotech. 3 10

    [7]

    Wu Y Q, Lin Y M, Bol A A, Jenkins K A, Xia F N, Farmer D B,Zhu Y, Avouris P 2011 Nature 472 74

    [8]

    Park N, Hong S, Kim G, Jhi S H 2007 J. Am. Chem. Soc. 1298999

    [9]

    Heo C, Yoo J, Lee S, Jo A, Jung S, Yoo H, Lee Y H, Suh M 2011Biomaterials 32 19

    [10]

    Bonaccorso F, Sun Z, Hasan T, Ferrari A C 2010 Nature Photonics4 611

    [11]

    Loh K P, Bao Q L, Eda G, Chhowalla M 2011 Nature Chemistry2 1015

    [12]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y,Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov 2004 Science 306 666

    [13]

    Stankovich S , Dikin D A, Piner R D, Kohlhass K A, KleinhammesA, Jia Y, Wu Y, Nguyen S T, Ruoff R S 2007 Carbon 45 1558

    [14]

    Berger C, Song Z M, Li X B, Wu X S, Brown N, Naud C, MayouD, Li T, Hass J, Marchenkov A N, Conrad E H, First P N, Heer W A 2006 Science 312 1191

    [15]

    Rummeli M H, Bachmatiuk A, Scott A, Borrnert F, Warner J H,Hoffman V, Lin J H, Cuniberti G, Buchner B 2010 ACS Nano 44206

    [16]

    Wei D C, Liu Y Q, Zhang H L, Huang L P, Wu Bin, Chen J Y, Yu G 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 11147

    [17]

    Ding X L, Ding G Q, Xie X M, Huang F Q, Jiang M H 2011Carbon 49 2522

    [18]

    Reina A, Jia X T, Ho J, Nezich D, Son H, Bulovic V, Dresselhaus M S, Kong J 2009 Nano Lett. 9 30

    [19]

    Pan Y, Shi D X, Gao H J 2007 Chin. Phys. 16 3151

    [20]

    Coraus J, N'Diaye A, Engler M, Busse C, Wall D, Buckanie N,Heringdorf F J M, Gastel R, Poelsema B, Michely T 2009 New J.Phys. 11 023006

    [21]

    Li X S, Cai W W, An J H, Kim S, Nah J, Yang D X, Piner R, Velamakanni A, Jung I, Tutuc E, Banerjee S K, Colombo L, Ruoff RS 2009 Science 324 1312

    [22]

    Su C Y, Fu D L, Lu A Y, Liu K K, Xu Y P, Juang Z Y, Li L J 2011 Nanotechnology 22 185309

    [23]

    Ferrari A C, Meyer J C, Scardaci V, Casiraghi C, Lazzeri M, MauriF, Piscanec S, Jiang D, Novoselov K S, Roth S, Geim A K 2006Phys. Rev. Lett. 97 187401

    [24]

    Ni Z H, Wang Y Y, Yu T, Shen Z X 2008 Nano Res. 1 273

    [25]

    Yutaka K 1982 J. Phys. C: Solid State Phys. 15 5425

  • [1] 张晓波, 青芳竹, 李雪松. 化学气相沉积石墨烯薄膜的洁净转移. 物理学报, 2019, 68(9): 096801. doi: 10.7498/aps.68.20190279
    [2] 王浪, 冯伟, 杨连乔, 张建华. 化学气相沉积法制备石墨烯的铜衬底预处理研究. 物理学报, 2014, 63(17): 176801. doi: 10.7498/aps.63.176801
    [3] 王彬, 冯雅辉, 王秋实, 张伟, 张丽娜, 马晋文, 张浩然, 于广辉, 王桂强. 化学气相沉积法制备的石墨烯晶畴的氢气刻蚀. 物理学报, 2016, 65(9): 098101. doi: 10.7498/aps.65.098101
    [4] 张娜, 刘波, 林黎蔚. He离子辐照对石墨烯微观结构及电学性能的影响. 物理学报, 2020, 69(1): 016101. doi: 10.7498/aps.69.20191344
    [5] 杨慧慧, 高峰, 戴明金, 胡平安. 介电层表面直接生长石墨烯的研究进展. 物理学报, 2017, 66(21): 216804. doi: 10.7498/aps.66.216804
    [6] 张振江, 胡小会, 孙立涛. 单空位缺陷诱导的扶手椅型石墨烯纳米带电学性能的转变. 物理学报, 2013, 62(17): 177101. doi: 10.7498/aps.62.177101
    [7] 杨发展, 沈丽如, 王世庆, 唐德礼, 金凡亚, 刘海峰. 等离子体增强化学气相沉积法制备含氢类金刚石膜的紫外Raman光谱和X射线光电子能谱研究. 物理学报, 2013, 62(1): 017802. doi: 10.7498/aps.62.017802
    [8] 韩林芷, 赵占霞, 马忠权. 化学气相沉积法制备大尺寸单晶石墨烯的工艺参数研究. 物理学报, 2014, 63(24): 248103. doi: 10.7498/aps.63.248103
    [9] 李浩, 付志兵, 王红斌, 易勇, 黄维, 张继成. 铜基底上双层至多层石墨烯常压化学气相沉积法制备与机理探讨. 物理学报, 2017, 66(5): 058101. doi: 10.7498/aps.66.058101
    [10] 邢兰俊, 常永勤, 邵长景, 王琳, 龙毅. Sn掺杂ZnO薄膜的室温气敏性能及其气敏机理. 物理学报, 2016, 65(9): 097302. doi: 10.7498/aps.65.097302
    [11] 吴晨晨, 郭相东, 胡海, 杨晓霞, 戴庆. 石墨烯等离激元增强红外光谱. 物理学报, 2019, 68(14): 148103. doi: 10.7498/aps.68.20190903
    [12] 韩同伟, 贺鹏飞. 石墨烯弛豫性能的分子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(5): 3408-3413. doi: 10.7498/aps.59.3408
    [13] 黄乐, 张志勇, 彭练矛. 高性能石墨烯霍尔传感器. 物理学报, 2017, 66(21): 218501. doi: 10.7498/aps.66.218501
    [14] 冯秋菊, 石博, 李昀铮, 王德煜, 高冲, 董增杰, 解金珠, 梁红伟. 单根Sb掺杂ZnO微米线非平衡电桥式气敏传感器的制作与性能. 物理学报, 2020, 69(3): 038102. doi: 10.7498/aps.69.20191530
    [15] 刘贵立, 杨忠华. 变形及电场作用对石墨烯电学特性影响的第一性原理计算. 物理学报, 2018, 67(7): 076301. doi: 10.7498/aps.67.20172491
    [16] 魏晓林, 陈元平, 王如志, 钟建新. 含孔缺陷石墨烯纳米条带的电学特性研究. 物理学报, 2013, 62(5): 057101. doi: 10.7498/aps.62.057101
    [17] 禹忠, 党忠, 柯熙政, 崔真. N/B掺杂石墨烯的光学与电学性质. 物理学报, 2016, 65(24): 248103. doi: 10.7498/aps.65.248103
    [18] 张辉, 蔡晓明, 郝振亮, 阮子林, 卢建臣, 蔡金明. 石墨烯纳米带的制备与电学特性调控. 物理学报, 2017, 66(21): 218103. doi: 10.7498/aps.66.218103
    [19] 叶鹏飞, 陈海涛, 卜良民, 张堃, 韩玖荣. SnO2量子点/石墨烯复合结构的合成及其光催化性能研究. 物理学报, 2015, 64(7): 078102. doi: 10.7498/aps.64.078102
    [20] 谷季唯, 王锦程, 王志军, 李俊杰, 郭灿, 唐赛. 不同衬底条件下石墨烯结构形核过程的晶体相场法研究. 物理学报, 2017, 66(21): 216101. doi: 10.7498/aps.66.216101
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-03-28
  • 修回日期:  2011-06-01
  • 刊出日期:  2012-03-15

高质量大面积石墨烯的化学气相沉积制备方法研究

  • 1. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 微系统技术重点实验室传感技术联合国家重点实验室, 上海 200050;
  • 2. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
    基金项目: 

    国家科技重大专项(批准号: 2011ZX02707)、中科院知识创新工程重要方向项目(批准号: KGCX2-YW-23)、国家自然科学基金创新团队(批准号: 61021064)、国家自然科学基金(批准号: 60936001, 60876037)资助的课题.

摘要: 石墨烯因其奇特的能带结构和优异的物理性能而成为近年来大家研究的热点, 但是目前单层石墨烯的质量与尺寸制约了其实际应用的发展. 本文采用常压化学气相沉积(CVD)方法, 基于铜箔衬底, 利用甲烷作为碳源制备了高质量大面积的单层与多层石墨烯. 研究发现: 高温度、稀薄的甲烷浓度、较短的生长时间以及合适的气体流速是制备高质量、大面积石墨烯的关键. Raman光谱, 扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征结果表明: 制备的石墨烯主要为单层, 仅铜箔晶界处有少量多层石墨烯. 电学测试表明CVD制备的石墨烯在低温时呈现出较明显的类半导体特性; 薄膜电阻随外界磁场的增大而减小.

English Abstract

参考文献 (25)

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