双层石墨烯的化学气相沉积制备研究综述

石墨烯具有很多优异的性质,是非常理想的硅晶体替代材料,有可能彻底改变现在人们的生活,引发新一轮的科技革命。但是单层石墨烯是一种零带隙的半金属,在半导体电子器件方面受到很大局限性。AB堆垛双层石墨烯的带隙可由外部垂直电场打开,既可用于半导体电子器件领域,又可以大大降低薄膜电阻,用于透明导电薄膜。尽管石墨烯制备方法很多,但受限于成本、质量、规模化等,化学气相沉积法是制备大面积、高质量双层石墨烯最主要的手段。综述了利用化学气相沉积法制备双层石墨烯的一系列工作,首先介绍单双层石墨烯的生长机理,主要根据催化剂类型对镍、铜、铜镍合金上石墨烯形核和生长作出解释;然后从碳源、生长氛围、催化剂、基底结构等对双层石墨烯的均匀性、晶畴尺寸和堆垛形式等方面进行分析;最后,总结以上化学气相沉积法制备双层石墨烯的工作,并对该领域的发展进行展望。     

高疏水及超黏着性石墨烯薄膜的制备及表征

石墨烯因其特殊的二维结构和优异的力热光电性能而备受关注,因此研究石墨烯薄膜的表面性能具有重要的意义。以天然鳞片石墨为前驱体,采用化学氧化还原工艺制备石墨烯纳米片,利用原子力显微镜、拉曼光谱和红外吸收光谱等测试手段对样品进行表征。采用真空抽滤和喷涂两种方法制备石墨烯薄膜,并用光学接触角测量仪对其表面性能进行测试。结果表明:石墨烯纳米片的厚度约为0.8nm,并且表面有C=O、C-O、O-H等基团和缺陷。真空抽滤制备的石墨烯薄膜具有微纳结构,表现为高疏水性;喷涂法制备的石墨烯薄膜结构较为平整,其疏水性受基底影响。两种方法制备的石墨烯薄膜皆具有高黏着性。石墨烯薄膜所具有的优异性能为其在微纳功能部件、微流输运等高新技术领域的应用奠定了基础。     

医用钛表面石墨烯薄膜的PECVD法制备及其性能

目的 在医用钛表面制备石墨烯薄膜,研究生长时间对石墨烯薄膜理化性能和生物学性能的影响。方法 采用等离子体增强化学气相沉积设备,在医用钛表面制备石墨烯薄膜,控制石墨烯薄膜生长时间为5、10、30 min。通过拉曼光谱、扫描电子显微镜、接触角测量仪和电化学工作站对石墨烯薄膜的结构、表面形貌、表面润湿性和耐腐蚀性进行表征,通过小鼠成骨细胞培养评价石墨烯薄膜的细胞相容性。结果 薄膜的拉曼结果呈现石墨烯的D、G和2D特征峰。生长时间为10 min和30 min的石墨烯薄膜在医用钛表面呈现垂直纳米片状态。随着生长时间的延长,医用钛表面石墨烯薄膜的水接触角逐渐增大。3组样品中,生长时间为5 min的样品具有最小的腐蚀电流密度(1.822×10^‒7 A/cm²),生长时间为10 min的样品具有最高的腐蚀电位(‒0.404 V);生长时间为5 min和10 min的样品有利于细胞的黏附与铺展,生长时间为30 min的样品对小鼠成骨细胞活性具有一定的抑制作用。结论 石墨烯薄膜可以有效提高医用钛的耐腐蚀性。石墨烯薄膜生长时间影响其形貌,进而改变水接触角。不同生长时间的石墨烯薄膜对小鼠成骨细胞的黏附和铺展表现出明显的差异。     

电泳沉积耦合电化学还原法制备柔性石墨烯自支撑薄膜电极超级电容器(英文)

通过电泳沉积和电化学还原相耦合的方法制备柔性的石墨烯自支撑薄膜电极。首先,通过电沉积的方法在石墨基底上制备氧化石墨烯薄膜,然后通过对氧化石墨烯薄膜进行电化学还原,得到电容性能优异的石墨烯薄膜电极材料。通过SEM、XRD、FT-IR和电化学测试对石墨烯的表面形貌、结构和电容性能进行表征。结果表明:制备的石墨烯电容性能良好,在1 mol/L的硫酸电解液中,循环伏安扫速为10 mV/s时,比电容为254 F/g;当电流密度为83.3 A/g时,比电容能保持在132 F/g;最大功率密度可达39.1 kW/kg,能量密度为11.8 W·h/kg;充放电循环1000次后,电容能保持97.02%,表明该石墨烯薄膜电极材料具有优异的循环稳定性能。     

石墨烯在涂镀层防腐领域的应用研究及进展

石墨烯作为新型材料,具有优异的化学稳定性、极好的导电性及可增强树脂附着力和无二次污染等综合性能,成为诸多工业应用领域的研究热点。首先,简要概述了近年来石墨烯分散性的发展历程,分散方法主要以物理和化学分散法为主,并对两种方法的弊端进行了分析和讨论,得出两种方法在分散过程中都会引入缺陷及结构受损。其次,概述了石墨烯的两种防腐机理,第一种机理是石墨烯片状结构堆叠形成致密物理阻隔层,第二种机理是依靠石墨烯良好的导电性,给涂镀层提供良好的导电循环通路,赋予涂镀层良好的电化学保护性能。然后,对石墨烯在薄膜防腐领域和水性有机防腐涂料功能化填料应用等方面进行了详细介绍,比较了各类复合涂料制备方法的优缺点并提出了改进策略,分析得到了石墨烯增强有机涂料附着力的同时,还提升了有机涂料的物理屏蔽性能、力学性能和防腐性能。另外,介绍了石墨烯作为增强相在金属微粉镀层中的应用,通过电沉积和化学沉积法,在基体表面沉积石墨烯金属微粉复合镀层,复合镀层中的石墨烯具有极好的化学稳定性,抑制了镀层的腐蚀速率。最后,基于上述石墨烯在涂镀层中的作用及机械镀工艺,提出了"石墨烯-锌"的研究概念,并从分散稳定性、环保性、经济性、适用范围、产业标准化等方向,提出了石墨烯在防腐材料领域里的发展趋势及研究建议。     

石墨烯及石墨烯/环氧复合涂层的防腐蚀性能

采用化学气相沉积法(CVD)在铜表面沉积石墨烯薄膜,研究了石墨烯及石墨烯/环氧复合涂层对金属铜的防腐蚀性能。采用透射电镜和拉曼光谱对石墨烯结构进行了表征。借助于Gamry电化学工作站测试样品的电化学阻抗谱。为了增强石墨烯的防腐蚀能力,在石墨烯表面旋涂环氧树脂涂层。结果表明,石墨烯对铜具有一定的保护作用;多层石墨烯在腐蚀初期对铜的防腐蚀效果较好,但到腐蚀中后期,少层数石墨烯的防腐蚀效果优于多层石墨烯;旋涂环氧树脂涂层在一定程度上提高了石墨烯的防护能力。     

溅射方法和基体材料对氧化钛薄膜微观结构的影响

目的研究不同溅射方法和基体材料对沉积氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态、表面形貌的影响。方法采用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)和直流磁控溅射(DCMS)在316L不锈钢和硅片表面制备了氧化钛薄膜。采用等离子光发射谱检测了沉积薄膜时的等离子体特征。采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM),分别评价氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态、晶粒尺寸和表面粗糙度。结果等离子体特征显示,沉积氧化钛薄膜时,HPPMS比DCMS具有更高的离化率和等离子体密度。XRD结果显示,在相同的平均溅射功率下,采用HPPMS和DCMS方法,均在不锈钢表面制备出纯金红石结构的氧化钛薄膜,而在硅片表面得到的氧化钛薄膜为金红石、锐钛矿混合结构,且采用HPPMS比DCMS技术制备的氧化钛薄膜含有更高的金红石含量。XPS结果显示,两种方法在所有基体表面均制备出了含有氧缺位的氧化钛薄膜。采用HPPMS和DCMS制备氧化钛薄膜时,不锈钢基体沉积的薄膜中,Ti3+/Ti4+比值均高于Si基体上的薄膜。SEM和硬度测试结果显示,HPPMS制备的氧化钛薄膜为等轴晶,晶粒较小,硬度较高。DCMS制备的氧化钛薄膜具有柱状晶的结构,晶粒较大。AFM的结果显示,采用不同溅射方法制备的氧化钛薄膜表面粗糙度没有明显差别。结论不同溅射方法和基体材料导致了薄膜沉积时样品表面离子轰击能量的差异,因此影响了氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态和晶粒尺寸。     

石墨烯减摩抗磨涂层技术研究现状

石墨烯特殊的晶体结构决定了其优异的物理、化学性能,在机械零件减摩抗磨领域具有非常重要的应用前景。首先简要介绍了石墨烯的结构特征、物理性能及分散改性方法,指出目前的分散改性方法以物理分散法和化学分散法为主,但分别存在分散效率低和可能引入缺陷的局限性。然后,概述了石墨烯的微观和宏观减摩机理,分别为面外褶皱机理和类石墨的层间滑移机理。此外石墨烯优良的耐蚀性也有助于提升其在腐蚀工况下的减摩抗磨性能。在此基础上,重点对各类石墨烯减摩抗磨涂层制备方法进行了详细介绍,主要有分散滴涂法、化学气相沉积法、电沉积法等,分析讨论了不同制备方法的优缺点,由于电沉积法工艺简单且可控性好,是极具发展潜力的石墨烯涂层制备方法。最后,针对石墨烯减摩抗磨涂层制备和应用中的问题,对石墨烯减摩抗磨涂层设计-制备-应用方向进行了展望,提出了应重点从提升石墨烯分散稳定性、经济适用性、生产标准化、严苛工况适应性四个方面着手大力开展研究。     

协同沉积制备图案化疏水金属薄膜取得重要进展

正图案化表面薄膜由于具有特殊的润湿性质,可以减少生物在表面的粘附面积,也可以减少水滴与薄膜表面的接触面积,有助于提高薄膜的耐腐蚀性能。电沉积和化学沉积是两种常用的液相沉积制备金属薄膜的方法,广泛应用于防腐蚀、装饰性等领域的防护涂层制备。然而将两者结合起来制备超疏水薄膜的相关研究还没有见诸报道。中科院宁波材料技术与工程研究所的于全耀等人对电化     

钼薄膜制备技术研究

具有体密度的高表面质量金属钼薄膜对材料高压状态方程研究具有十分重要的意义。本文介绍了制备钼薄膜的几种方法,包括:机械轧制、机械研磨抛光、化学气相沉积、电子束蒸发、脉冲激光沉积和磁控溅射。综合比较后认为,采用磁控溅射法制备的钼膜可以基本满足状态方程靶用钼(Mo)薄膜的需要。通过磁控溅射沉积方法可以制备出表面质量高,厚度可达几微米的金属Mo薄膜,其组织结构和密度接近块材而且薄膜表面不易出现硬化、沾污等问题。     

LaNiO3/石墨烯复合薄膜的制备及光催化性能

采用改进的Hummer法制备出薄层石墨烯材料,采用溶胶-凝胶法结合旋转涂膜技术以玻璃基底制备出石墨烯基LaNiO3复合薄膜。采用X射线衍射(XRD)仪,透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),拉曼光谱,X射线衍射光电子能谱(XPS)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和荧光光谱(PL)等测试手段对复合薄膜进行表征。结果表明,晶粒粒径约为20 nm的LaNiO3较均匀地生长在了石墨烯片上。光催化性能研究表明,LaNiO3/石墨烯复合薄膜的光催化活性显著优于LaNiO3薄膜,当石墨烯的含量约为4%时,复合薄膜4 h内对酸性红的降解效率比LaNiO3薄膜提高了1倍。     

电场辅助化学溶液工艺技术制备硅酸锂(Li2SiO3)陶瓷薄膜

采用了一种新的电场辅助化学溶液工艺技术制备了硅酸锂(Li2SiO3)陶瓷薄膜.结果表明,这种方法可在较低的温度下获得成分单一的硅酸锂(Li2SiO3)陶瓷薄膜.利用X射线衍射技术(XRD)对薄膜的晶体结构进行了表征;利用扫描电子显微技术(SEM)观察了薄膜的表面形貌;并对硅酸锂(Li2SiO3)陶瓷薄膜的制备过程进行了详细的分析和讨论.     

Water/oil repellency and work of adhesion of liquid droplets on graphene oxide and graphene surfaces

The study examines the water/ethylene glycol (EG) repellency of graphene and graphene oxide sheets prepared by the chemical exfoliation of natural graphite powders. The graphene nanosheets were produced by reducing graphene oxide with EG under microwave irradiation. The graphene sheets were assembled into a thin paper, and a facile fluorination was used to coat a thin fluorine layer over the graphene paper. The graphene oxide paper is generally hydrophilic, whereas without aid of any fluorination, the resulting graphene paper displays superhydrophobicity (contact angle: 150.1 ± 2.3°) and low fraction in contact with solid (12.2%). Such low solid fraction may be attributed to the air pocket trapped in (i) the interspaces between graphene powders and (ii) the flake-like voids between graphene sheets, referred to as the Cassie state. The EG repellency of graphene paper can be significantly improved by surface fluorination. Taking into account Young-Duprè's equation incorporated with the Cassie parameter, the W_ad values of the graphene papers for water repellency were found to fall in the region of 9.62-12.5 mJ/m². The low W_ad value between the droplets and the graphene surface can be ascribed to the fact that porous graphene sheets offer an air cushion to repel the drop penetration, inducing the low work required for the movement of droplets on graphene paper. On the basis of the results, this study offers fundamentals on the water and EG repellency of graphene and graphene oxide surfaces.     

SnO2导电薄膜性能研究

采用射频反应溅射法制备SnO2导电薄膜,用AFM、XRD、XPS研究了薄膜的结构与表面化学组成对导电性能的影响,同时分析了衬底温度对薄膜导电性能的影响.结果表明:采用射频反应溅射制备的SnO2薄膜是具有(211)择优取向的多晶结构氧空位导电的n型半导体,衬底温度对于SnO2薄膜的微观结构和表面组成影响巨大,在低温衬底下制备的SnO2薄膜具有最佳的导电性能.     

Atmospheric pressure barrier torch discharge and its optimization for flexible deposition of TiO2 thin coatings on various surfaces

This paper reports on the preparation of titanium (IV) oxide films via the improved atmospheric pressure barrier torch discharge (BTD) deposition. This approach is a modification of the atmospheric pressure glow discharges (APGDs) ranking among plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) techniques. These methods are based on plasma–chemical reactions of the precursors' vapors occurring in the active plasma environment. The layers are produced in terms of heterogeneous recombination reactions of the high active species on the supporting surface. The major treated topic comprises the influence of the used support on the physical properties of the layers. A set of three different supports was used including quartz slides (non-conducting, dielectric), silicon discs (semi-conducting) and polished Ni sheets (conducting). Crystallographic structure, surface roughness, surface wettability and the film thickness were assessed and used as a set of physical properties to be discussed and compared for each of the films and mutually. In parallel the qualitative analysis of the emission spectra of the barrier torch discharge during the deposition process was also presented. Different conductive connection of plasma stream with the substrate crucially influences the temperature of this substrate. It has a direct effect mainly on the crystallinity and morphology of the films and also on the plasma parameters. This knowledge might be used as a tool for the optimization of deposition conditions. Photocatalytic functionality of the layers was quantified in a simple test based on the photocatalytic oxidation of Rhodamine B (C₂₈H₃₁ClN₂O₃) under UV radiation.     

还原氧化石墨烯对纳米银线/还原氧化石墨烯复合柔性透明导电薄膜影响

纳米银线和还原氧化石墨烯为导电相,混合纤维素膜为基底,采用真空抽滤法制备了柔性透明导电薄膜。研究了还原氧化石墨烯对柔性透明导电薄膜的光电及机械性能的影响。研究结果表明,随着还原氧化石墨烯含量的增加,导电薄膜的透过率变化不大,但薄膜的方阻逐渐下降。通过胶带测试200次原位监控方阻变化以及弯曲疲劳200次测试原位监控方阻变化研究纳米银线和石墨烯导电相在混合纤维素膜表面的附着力和薄膜的弯曲疲劳特性。研究结果表明,经过200次的胶带测试,薄膜的方阻几乎没有改变。弯曲测试结果表明,薄膜方阻约有3%的改变。说明薄膜具有良好的稳定性。分析认为,纳米银线-石墨烯复合薄膜具有良好的稳定性与纳米银线和石墨烯埋在混合纤维素膜表面有关。     

基于石墨烯透明导电薄膜的OLED研究进展

作为透明导电薄膜材料,石墨烯（Graphene）因具有十分优异的力学、光学和电学特性,在未来的柔性光电器件如触摸屏、有机发光二极管（OLED）和有机光伏电池（OPV）中表现出极大的发展潜力和广阔的应用前景。然而,受面电阻大、功函数不匹配以及表面粗糙度等关键因素的影响,基于本征石墨烯薄膜的光电器件的性能较低、稳定性较差,严重阻碍了石墨烯薄膜在柔性光电器件中的发展和应用。主要针对近年来石墨烯透明导电薄膜在OLED中应用的研究进展进行概述,并总结得出可以通过石墨烯薄膜掺杂、表面功函数修饰、清洁无损转移,以及器件结构优化等方法,进一步提高器件的性能。最后分析了石墨烯透明导电薄膜在OLED器件应用中的关键技术瓶颈,并对石墨烯透明导电薄膜在OLED中的应用前景进行了展望。     

Fabrication of carbon nanotube based transparent conductive thin films using layer-by-layer technology

This paper presents a simple and convenient process for the fabrication of carbon nanotube based optically transparent and electrically conductive thin films. Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) are chemically treated to introduce negatively charged carboxylic groups on their surfaces, so that a stable SWNT aqueous dispersion can be obtained without any surfactant. The substrate surface is modified by a layer-by-layer nanoassembly technique, in which a positively charged hydrophilic polymer molecular layer is formed on the top of the substrate. This helps the SWNT dispersion to be cast onto the substrate using convenient wet coating techniques and increases the bonding force between the thin films and the substrates. Using the developed process, large sizes of conductive pure SWNT thin films that are uniform and highly transparent have been fabricated.     

石墨烯基涂层的性质及在抗菌和组织工程中的应用

石墨烯材料--石墨烯纳米片(Graphene nanoflakes,GFs)、氧化石墨烯(GO)或还原氧化石墨烯(rGO)、化学气相沉积技术制备的石墨烯膜(CVD-G),自问世起,迅速成为社会各界广泛关注的新型碳纳米材料。通过转移方法或者溶剂助技术,可以将CVD-G和表面含有亲水基团的GFs或GO涂覆于基体表面,形成石墨烯基涂层,涂层以其独特的形貌、结构、物理化学性质,呈现出良好的抗菌活性和细胞外基质特点,显著影响细胞的粘附、增殖和分化等行为。经过近十年的研究,生物活性石墨烯基涂层材料在细胞培养、细胞生长、组织工程支架和生物医疗器械中展示出巨大的应用潜力。着重围绕石墨烯涂层的成分和制备方法,总结具有抗菌活性的石墨烯材料所取得的重要成果与最新进展,围绕石墨烯基二维涂层(涂覆于基底的二维表面)和石墨烯基三维结构(基底为三维支架)对多种哺乳细胞的相容性和细胞行为调控,综述了石墨烯材料在组织工程支架和植入体表面改性中的研究进展,提出了生物活性石墨烯基涂层的研制方向与应用展望等。