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石墨烯作为当前凝聚态物理学和材料科学最炙手可热的材料,吸引着无数科学家的研究兴趣。自从2004年第一块石墨烯样品通过机械剥离的方式被制备出来以后,各种各样的石墨烯制备方式浮现出来。然而,目前尚未有一种方法能够制备出大尺度、高质量的石墨烯,以满足未来工业化生产的需要。传统的石墨烯制备方法虽然能得到高质量的石墨烯,但是所得样品的面积受限:而已有的能制备大面积石墨烯样品的方法,所得的石墨烯质量还有待提高。
本文主要讨论了制备大尺度、高质量石墨烯的实验方法。因为石墨烯潜在在的纳米电子学应用前景,这项研究是非常重要的。而如何制得大尺度、高质量的石墨烯也是困扰科学家多年的一个难题。这篇论文可分为五章。
第一章首先介绍了石墨烯的发展历史、研究背景和基本性质。然后总结了目前主流的几种制备方法,比较了它们各自的优点和劣势。
第二章中,我们简单介绍了研究石墨烯常用的几种主要工具,主要介绍了拉曼光谱和扫描电子显微镜,并介绍了如何使用它们测量、表征石墨烯样品。
第三章中介绍了生长大尺度、高质量石墨烯的实验过程。通过实验,我们成功制备了厘米尺度,绝大部分区域是单层的高质量石墨烯样品,而且在对应的拉曼光谱中没有看到缺陷的存在,在对应的扫描电子显微镜的图片中,我们也看以看出样品表面几乎没有什么缺陷存在。我们还通过对比试验研究了降温速率对样品形成和样品质量的影响,探讨了石墨烯的生长机制。我们还尝试了用另外一种气源生长石墨烯样品,降低了生长所需的温度和气体的量,得到了很好的实验结果,样品对应的拉曼光谱和扫描电子显微镜图都显示了样品的高质量。
在第四章中,我们将铜箔上生长的石墨烯样品转移到了表面有氧化硅层的硅片衬底上,其实这种转移方法可以将石墨烯转移到任意衬底上。通过这种转移方式,我们得到了质量较好的石墨烯样品,美中不足的是,转移后的样品中仍有一定的缺陷存在,这将影响样品的质量,也是我们今后努力的方向之一。我们还在石墨烯表面制备了电极,可以用于相关电学性质的测量,相同的制备方法也可以应用于纳米电子器件的构建。
第五章总结了这篇论文的主要内容,并对石墨烯研究的未来前景作出了展望。