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液态铜上快速化学气相沉积高质量石墨烯

液态铜上快速化学气相沉积高质量石墨烯

作者：郭旺北京工业大学

学位级别：硕士

石墨烯作为一种新型的二维单层碳原子纳米材料,自2004年以机械剥离的方法制备出来后,以其独特的各种电学、光学、热学等性能引起了广泛的研究热潮。目前石墨烯的制备方法多种多样,主要有机械剥离法、化学气相沉积法、SiC外延生长法、化... 详细信息

石墨烯作为一种新型的二维单层碳原子纳米材料,自2004年以机械剥离的方法制备出来后,以其独特的各种电学、光学、热学等性能引起了广泛的研究热潮。目前石墨烯的制备方法多种多样,主要有机械剥离法、化学气相沉积法、SiC外延生长法、化学还原法等,其中化学气相沉积法是一种可控制备大面积高质量石墨烯的有效方法,而且该方法便捷易操作,并能与下一步石墨烯的转移和应用相结合,目前已成为石墨烯生长领域的主流方法。但利用传统化学气相沉积法来制备石墨烯的时间从升温、生长到降温大多都需要几个小时,限制了石墨烯的进一步应用,因此寻找一种快速生长高质量石墨烯的方法迫在眉睫。本论文中的石墨烯生长采用的是冷壁垂直式CVD系统,该系统可以快速的升降温,从而缩短石墨烯的生长时间,但是采用该系统在铜箔上快速生长的石墨烯单晶面积比较小、缺陷密度比较高,为了解决这个问题,本文研究在融化的液态铜上快速生长石墨烯以提高石墨烯单晶面积和降低石墨烯中的缺陷密度,由于液态铜消除了固态铜上存在的晶界,因此在液态铜上生长石墨烯具有均匀、低密度、自排列对准的成核分布,同时略微改进铜箔上石墨烯的转移方法以使其更加适用于液态铜上生长的石墨烯。本论文主要工作如下:(1)研究了不同甲烷流量和不同生长时间下的液态铜上石墨烯生长情况,利用光学显微镜、扫描电子显微镜SEM来分析不同条件下液态铜上所生长的石墨烯样品的形貌特征,利用拉曼光谱来分析液态铜上所生长的石墨烯的缺陷密度和质量,同时和铜箔上快速化学气相沉积的石墨烯进行了对比。本文的创新性成果是将液态铜和快速生长系统相结合制备高质量石墨烯,与在铜箔上快速生长的石墨烯相比较,在制备所需时间大致相同(40分钟左右)的情况下最终不仅制备出了大面积的石墨烯单晶(直径大于100μm)以及均匀的连续单层石墨烯,同时拉曼测试结果表明,这种方法也大大地降低了所制备石墨烯中的缺陷密度,该研究成果对于高质量石墨烯的大规模快速生产应用有着重要的研究意义。(2)制备背栅石墨烯场效应器件是研究石墨烯电学性能(方阻、迁移率)的重要方法,本文同时对背栅石墨烯场效应管的制备和测试进行了研究。在制备背栅石墨烯场效应管时采用石墨烯搭在电极上的结构,一是可以降低制备过程中对石墨烯的损伤,二是易于制备可以提高器件成功率。由于空气中的水分子和气体分子会吸附在石墨烯表面,从而影响石墨烯的电学性能,为了解决这个问题,在测试背栅石墨烯场效应管时,采用加热的方法能够脱吸附石墨烯表面吸附的水分子和气体分子,从而降低对石墨烯电学性能的影响,该研究成果对于高性能石墨烯器件的研究制备有着重要的意义。

关键词：石墨烯液态铜冷壁垂直式CVD系统背栅石墨烯场效应管

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液态铜的结构及液态铜中氧和氢的性质

天中学刊 1997年第2期12卷 43-45页

作者：时文中李趁意张昕驻马店师专化学系驻马店463000 开封师专化学系开封475001

介绍了液态铜的几种热力学性质和结构特征，讨论了氧、氢在液态锡中的存在形式、溶解度、活度系数及杂质元素对液态铜中氢氧溶解度的影响.

关键词：液态铜氧氢液解度热力学性质

化学气相沉积法在液态铜衬底上制备石墨烯的研究进展

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辽宁工业大学学报（自然科学版） 2022年第3期42卷 164-169页

作者：王宇薇锦州师范高等专科学校环境科学学院辽宁锦州121000

石墨烯具有独特的物理和化学性质,其在微电子器件和储能器件等领域有着广阔的应用前景。化学气相沉积(CVD)法是制备石墨烯最成熟的技术之一。目前,多数CVD法利用固体金属催化剂制备石墨烯,制备的石墨烯普遍具有结构缺陷,如褶皱、裂纹和... 详细信息

石墨烯具有独特的物理和化学性质,其在微电子器件和储能器件等领域有着广阔的应用前景。化学气相沉积(CVD)法是制备石墨烯最成熟的技术之一。目前,多数CVD法利用固体金属催化剂制备石墨烯,制备的石墨烯普遍具有结构缺陷,如褶皱、裂纹和晶界等。最近,利用液态金属催化剂尤其是液态铜制备石墨烯,能够降低石墨烯的缺陷密度。本文对利用液态铜制备石墨烯的研究进展进行了简要的论述和分析。

关键词：石墨烯化学气相沉积液态铜研究进展

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金属Cu液态结构的纳米晶粒模型

材料科学与工艺 2004年第1期12卷 15-19页

作者：田学雷沈军孙剑飞李庆春哈尔滨工业大学金属精密热加工国防科技重点实验室

为研究液态Cu的短程有序结构,建立了液态微观结构的纳米晶粒模型,从晶体X射线衍射学的角度出发,通过对固态Cu衍射峰的宽化计算出了液态X射线衍射强度曲线.计算出的强度曲线与实验获得的液态Cu的X射线衍射强度曲线具有较好的一致性,这证... 详细信息

为研究液态Cu的短程有序结构,建立了液态微观结构的纳米晶粒模型,从晶体X射线衍射学的角度出发,通过对固态Cu衍射峰的宽化计算出了液态X射线衍射强度曲线.计算出的强度曲线与实验获得的液态Cu的X射线衍射强度曲线具有较好的一致性,这证明纳米晶粒模型的正确性,同时也证明了Cu的液态短程有序结构与其固态晶体结构存在着密切相关性,即Cu的液态短程序结构为fcc.

关键词：液态铜微观结构纳米晶粒 X射线衍射短程有序结构

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液态Cu等温凝固的分子动力学模拟

北京科技大学学报 2009年第9期31卷 1127-1131页

作者：王荣山侯怀宇陈国良北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 苏州热工研究院有限公司苏州215004 南京理工大学材料科学与工程系南京210094

使用Tight-binding势函数,对液态Cu在等温凝固过程中的结构变化进行了分子动力学模拟(MD模拟)计算,得到体系在不同温度下的双体分布函数和配位数分布等静态结构信息,对等温凝固过程中FCC短程有序结构可能发生的变化以及由此导致的H-A键... 详细信息

使用Tight-binding势函数,对液态Cu在等温凝固过程中的结构变化进行了分子动力学模拟(MD模拟)计算,得到体系在不同温度下的双体分布函数和配位数分布等静态结构信息,对等温凝固过程中FCC短程有序结构可能发生的变化以及由此导致的H-A键型变化进行了分析,并结合键对分析方法计算了不同弛豫时间下典型短程有序结构的分布.计算表明,在Cu凝固结晶相变过程中1551键应是先向1541键转化,初始三维结构的形成可能主要依赖于Cu原子在两个方向上的扩散和弛豫.

关键词：液态铜等温凝固分子动力学模拟

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氢氩比率对石墨烯岛形状的影响

真空科学与技术学报 2024年

作者：李诚达周梦窦富良李军河北工业大学理学院河北工业大学化工学院

材料的结构在决定其性能方面起着关键作用。石墨烯的性能除了受到层数的调控之外，石墨烯岛的形状也是影响其性能的一个重要因素。本文使用低压化学气相沉积技术，在液态铜表面生长出石墨烯岛。然后通过调节氢气(H2)和氩气（Ar）的比率... 详细信息

材料的结构在决定其性能方面起着关键作用。石墨烯的性能除了受到层数的调控之外，石墨烯岛的形状也是影响其性能的一个重要因素。本文使用低压化学气相沉积技术，在液态铜表面生长出石墨烯岛。然后通过调节氢气(H2)和氩气（Ar）的比率，最终实现了多种形状石墨烯岛的可控制备。研究结果表明，正六边形石墨烯岛的生长速率远低于其他形状的石墨烯。基于此，我们提出了一个涵盖不同形状石墨烯岛生长机理的理论模型。这一模型不仅有助于理解石墨烯生长的基本原理，也将进一步指导未来的实验设计和石墨烯材料的开发。

关键词：石墨烯岛氢氩比化学气相沉积液态铜生长机理