石墨烯的化学气相沉积法制备及其表征

石墨烯是由sp2杂化的碳原子键合而成的具有六边形蜂窝状晶格结构的二维原子晶体,其具有电学、力学和光学等方面一系列优良性能,使得它在各个领域的应用一直被人们所关注。然而,石墨烯的工业化制备仍然面临着巨大的挑战。本文采用化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯,并用拉曼光谱、高分辨率扫描电镜和X射线多晶衍射对其进行了分析和表征。研究结果表明,用CVD法制备石墨烯具有工业化的可能。     

石墨烯的化学气相沉积法制备

化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法.通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、SiC外延生长法和CVD方法)的原理和特点,重点从结构控制、质量提高以及大面积生长等方面评述了CVD法制备石墨烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD法制备石墨烯的可能发展方向,如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等.     

化学气相沉积制备大面积高质量石墨烯的研究进展

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积形成的一种碳质新材料,具有优良的电学、光学、热学及力学等性质。在众多的石墨烯制备方法中,化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)最有可能实现大面积、高质量石墨烯的可控制备。综述了CVD方法制备大面积、高质量石墨烯的影响因素,包括衬底、碳源及生长条件(气体流量、生长温度、等离子体功率、生长压强、沉积时间、冷却速率等)。最后展望了CVD方法制备石墨烯的发展方向。     

Cu上石墨烯的化学气相沉积法生长研究

利用自行搭建的化学气相沉积(CVD)设备在Cu箔衬底上成功的制备出石墨烯薄膜,并利用光学显微镜和拉曼光谱分析等手段对石墨烯薄膜的形貌和结构进行了表征.主要研究了Cu箔的表面处理和沉积过程的气体流量对石墨烯质量的影响,发现氨水处理Cu箔可以腐蚀Cu箔表面的各种杂质提高Cu箔的洁净度从而提高石墨烯的结晶质量,优化CH4和H2的气体流量可以提高石墨烯的单层性和均匀性.并最终在CH4∶H2=200∶0 sccm条件下,在氨水处理过的Cu箔上获得了面积1.5 cm×1.5 cm的均匀的单层石墨烯.     

微波等离子体化学气相沉积法制备石墨烯的研究进展

微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法具有低温生长、基底材料选择广泛、容易掺杂等优点,是大面积、高速率、高质量石墨烯制备的首选。首先通过比较制备石墨烯的几种主要CVD方法得出MPCVD法的优势,然后阐述了MPCVD法制备石墨烯的研究,最后介绍了MPCVD法制备的石墨烯的应用并对MPCVD法制备石墨烯的发展趋势进行了展望。     

铜镍合金为衬底化学气相沉积法制备石墨烯研究

利用磁控双靶共溅射法制备了不同含量的铜镍合金薄膜,利用EDAX对合金薄膜衬底的铜镍配比进行了定量分析。以苯为碳源,选择相同的合金衬底分别在800、600和400℃的温度下使用化学气相沉积法生长石墨烯,对样品进行了拉曼光谱和SEM表征,研究了温度对石墨烯生长的影响。选择不同配比的铜镍合金衬底,在400℃下生长石墨烯,研究了衬底中铜、镍元素不同配比对石墨烯生长的影响。     

化学气相沉积法制备大面积定向碳纳米管

以二茂铁、二甲苯、氩气分别为催化剂先驱体、碳源、载气,直径100mm的刚玉管为反应室,石英玻璃为基底,催化热解制备定向碳纳米管.在50 min内,获得长600μm的定向碳纳米管阵列.SEM和TEM研究表明:二茂铁的二甲苯溶液导入反应室的入口温度控制在大约300℃时,能得到定向碳纳米管阵列;当载气流量从500ml/min增加到2000ml/min时,CNTs生长速度加快,长度增加;间歇地滴入二茂铁和二甲苯混合物,可能得到多层碳纳米管薄膜.     

气泡化学气相沉积法制备石墨烯粉体生产设备设计与分析

根据气泡化学气相沉积法制备石墨烯粉体的工艺设计了一套生产设备。该设备由生产系统和收集系统组成,生产系统包括加热装置、进气装置和支撑装置三个子部件,能减少产品杂质,实现“冷壁”连续生产;收集系统包括收集管道、收集容器和抽气泵组成,采用串联分级式变截面沉降收集。采用有限元分析,在稳态热、热固耦合强度、拓扑优化、流场方面对该设备的实际工况进行分析模拟。     

基于化学气相沉积石墨烯的传感器的研究进展

作为一种二维碳原子层材料,石墨烯(Graphene,G)具有优异且独特的力学、电学、光学和热学等性质,在传感检测等领域具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景.基于石墨烯材料的传感器具有灵敏度高、响应快、成本低、稳定性好等优点.化学气相沉积(Chemical vapor deposi-tion,CVD)因其优异的可控性和可扩展性而被认为是制备大面积、高质量石墨烯薄膜的有效方法,而且CVD石墨烯薄膜适用于场效应晶体管的制造工艺,因此被广泛应用于物理、化学和生物等传感领域.本文介绍了近年来CVD石墨烯应用于传感检测领域的研究进展,包括制备技术、转移方法、传感特性以及在物理、化学、生物等传感领域的应用,并简要分析了基于CVD石墨烯的传感器所面临的困难与挑战.     

甲烷化学气相沉积法合成小直径双壁碳纳米管

采用化学气相沉积法（CVD）以甲烷与氢气为原料,在900℃合成了大量的小直径双壁碳纳米管。我们用硝酸铁和氧化镁粉末的混合物作催化剂,三氧化二铝和钼酸铵作条件催化剂,研究表明条件催化剂的使用有利于双壁碳纳米管的选择性生长,可提高双壁碳纳米管的质量及其在产品中的比例,用扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、热失重分析（TGA）和拉曼光谱（Raman）等分析纳米管的形貌和结构,结果发现其内径范围在0．62～0．88nm,外径范围在1．21～1．33nm之间。     

铜基底预处理对CVD法生长石墨烯薄膜的影响

化学气相沉积法是制备大尺寸、高质量石墨烯的有效方法, 其中金属催化剂的性能直接关系到所制备的石墨烯材料的品质, 因此需对金属催化剂进行表面预处理。本文研究了不同的预处理工艺对常用的铜基底催化剂表面状态的影响, 提出了钝化膏酸洗和电化学抛光协同处理的有效方法, 并对电化学抛光工艺参数(抛光电压、时间)以及铜基底退火工艺(退火温度、时间)等进行了系统研究。研究表明: 电化学抛光电压过高、抛光时间过长容易导致过度抛光, 合适的抛光电压和抛光时间分别为8 V和8 min。退火温度和时间对铜催化剂表面晶粒形态影响较大, 经1000 ℃退火处理30 min后, 铜箔表面晶粒尺寸更大, 分布更均匀。此外, 对CVD法生长制备的石墨烯样品进行表征, 电镜图片和拉曼光谱显示, 获得的石墨烯薄膜的层数较少, 且结构缺陷较少。     

3D Graphene Fibers Grown by Thermal Chemical Vapor Deposition

3D assembly of graphene sheets (GSs) is important for preserving the merits of the single‐atomic‐layered structure. Simultaneously, vertical growth of GSs has long been a challenge for thermal chemical vapor deposition (CVD). Here, vertical growth of the GSs is achieved in a thermal CVD reactor and a novel 3D graphene structure, 3D graphene fibers (3DGFs), is developed. The 3DGFs are prepared by carbonizing electrospun polyacrylonitrile fibers in NH₃ and subsequently in situ growing the radially oriented GSs using thermal CVD. The GSs on the 3DGFs are densely arranged and interconnected with the edges fully exposed on the surface, resulting in high performances in multiple aspects such as electrical conductivity (3.4 × 10⁴–1.2 × 10⁵ S m^?1), electromagnetic shielding (60 932 dB cm² g^?1), and superhydrophobicity and superoleophilicity, which are far superior to the existing 3D graphene materials. With the extraordinary properties along with the easy scalability of the simple thermal CVD, the novel 3DGFs are highly promising for many applications such as high‐strength and conducting composites, flexible conductors, electromagnetic shielding, energy storage, catalysis, and separation and purification. Furthermore, this strategy can be widely used to grow the vertical GSs on many other substrates by thermal CVD.     

铜基底化学气相沉积石墨烯的研究现状与展望

采用粉末包埋法在中国低活性铁素体马氏体钢（RAFM）基底上制备了低活性渗铝层,利用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）对渗铝层的形貌和成分进行了分析。结果表明：低活性渗铝层表面铝含量（原子分数）约40％,主要由厚度为15-20μm的FeAl、Fe3-Al及α-Fe（Al）相组成,该渗铝层表面易发生烧结。为避免表面烧结...     

化学气相沉积法制备ZnS块材料的相结构

用化学气相沉积法制备了红外晶体ＺｎＳ块材料；分别用ＸＲＤ和ＴＥＭ分析了所沉积ＺｎＳ的相结构，并用ＩＲ测试了其红外透过率。结果表明：在沉积温度为５５０～７００℃，Ｈ２Ｓ／Ｚｎ摩尔流量比为０．５～２０的条件下所沉积ＺｎＳ的相结构主要为闪锌矿结构；随着沉积温度的升高和Ｈ２Ｓ／Ｚｎ摩尔流量比的增大，ＺｎＳ中有纤锌矿结构出现且其含量增多，导致了ＺｎＳ红外透过率的降低。     

化学气相沉积ZnS块材料的均匀性

本文以Ｈ２Ｓ与Ｚｎ为原料，通过化学气相沉积制备了ＺｎＳ块材料。分析了ＺｎＳ的沉积过程机理，研究了沉积参数如沉积温度，沉积区压力和Ｈ２Ｓ、Ｚｎ蒸汽、载气Ａｒ流量对ＺｎＳ厚度均匀性的影响规律，提出了改善ＺｎＳ厚度均匀性，抑制沉积表面球状物生长的途径。