内容发布更新时间 : 2024/12/23 21:03:40星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

过结构重排在sf表而形成石墨烯层。采用该方法可以获得大而积的单层石墨烯，并目_质量较高。然而，由于单晶Sf的价格昂贵，生长条件苛刻，并目_生长出来的石墨烯难于转移，因此该方法制备的石墨烯主要用于以Sf为衬底的石墨烯器件的研究。

CVD法:利用甲烷等含碳化合物作为碳源，通过其在基体表而的高温分解生长石墨烯。从生长机理上主要可以分为两种(图1所示)渗碳析碳机制:对于镍等具有较高溶碳量的金属基体，碳源裂解产生的碳原子在高温时渗入金属基体内，在降温时再从其内部析出成核，进而生长成石墨烯;( 2)表而生长机制:对于铜等具有较低溶碳量的金属基体，高温下气态碳源裂解生成的碳原子吸附于金属

表而，进而成核生长成“石墨烯岛”，并通过“石墨烯岛”的二维长大合并得到连续的石墨烯薄膜。由于cvv方法制备石墨烯简单易行，所得石墨烯质量很高，可实现大而积生长，而目_较易于转移到各种基体上使用，因此该方法被广泛用于制备石墨烯晶体管和透明导电薄膜，目前已逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。 3石墨烯的CVD法制备

cvv方法是上世纪60年代发展起来的一种制备高纯度、高性能固体材料的化学过程，甲一期主要用于合金刀具的表而改性，后来被广泛应用于半导体工业中薄膜的制备，如多晶硅和氧化硅膜的沉积。 近年来，各种纳米材料尤其是碳纳米管、氧化锌纳米结构、氮化稼纳米线等的制备，进一步推动了cvv方法的发展}‘9]。

CVD法制备石墨烯旱在20世纪70年代就有报道} zo-z i，当时

主要采用单晶Ni作为基体，但所制备出的石墨烯主要采用表而科学的方法表征，其质量和连续性等都不清楚。随后，人们采用单晶C <}, PG PcI, It; Ru等基体}22]在低压和超高真空中也实现了石墨烯的制备。但直到2009年初，麻省理工学院的J K one研究组}23]与韩国成均馆大学的I3. H.H one研究组}za]才利用沉积有多晶Ni膜的硅片作为基体制备出大而积少层石墨烯，并将石墨烯成功地从基体上完整地转移下来，从而掀起了CVD法制备石墨烯的热潮。

石墨烯的CVD生长主要涉及二个方而:碳源、生长基体和生长条件(气压、载气、温度等)。

碳源:目前生长石墨烯的碳源主要是烃类气体，如甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2})等。最近，也有报道使用固体碳源sc生长石墨烯。选择碳源需要考虑的因素主要有烃类气体的分解温度、分解速度和分解产物等。碳源的选择在很大程度上决定了生长温度，采用等离子体辅助等方法也可降低石墨烯的生长温度。

生长基体:目前使用的生长基体主要包括金属箔或特定基体上的金属薄膜。金属主要有Ni,Cu,Ru以及合金等，选择的主要依据有金属的熔点、溶碳量以及是否有稳定的金属碳化物等。这些因素决定了石墨烯的生长温度、生长机制和使用的载气类型。另外，金属的晶体类型和晶体取向也会影响石墨烯的生长质量。除金属基体外，MgO等金属氧化物最近也被用来生长石墨烯，但所得石墨烯尺寸较小(纳米级)，难以实际应用。

生长条件:从气压的角度可分为常压、低压(105Pa-10-3Pa)和超低

压(<10-5Pa);据载气类型不同可分为还原性气体(H2)、惰性气体(Ar.He)以及二者的混合气体;据生长温度不同可分为高温( > 800 0C )、中温( 600 0C-800 0C)和低温(<600 0C )，主要取决于碳源的分解温度。

下而就上述二个方而着重分析一下目前CVD法制备石墨烯的主要进展。

石墨烯的CVD法制备最旱采用多晶Ni膜作为牛长基体。麻省理工学院的J K one研究组}z{通过电子束沉积的方法，在硅片表而沉积500 nm的多晶Ni膜作为生长基体，利用CHa为碳源, H,为载气 的CVD法生长石墨烯，生长温度为900 0C1000 0C。韩国成均馆大学的B.H.H one研究组}za{采用类似的CVD法生长石墨烯:生长基体为电子束沉积的300 nm的Ni膜，碳源为CH4,生长温度为1000 0C,载气为H}和A:的混合气，降温速度为10 0C /、图2为采用该生长条件制备的石墨烯的形貌图。由于Ni生长石墨烯遵循渗碳析碳生长 机制，因此所得石墨烯的层数分布很大程度上取决于降温速率。采用Ni膜作为基体生长石墨烯具有以下特点:石墨烯的晶粒尺寸较小，层数不均一目_难以控制，在晶界处往往存在较厚的石墨烯，少层石墨 烯呈无序堆叠。此外，由于Ni与石墨烯的热膨胀率相差较大，因此降温造成石墨烯的表而含有大量褶皱。

图2 Ni膜上生长的石墨烯(a)300毫米的Ni膜和1毫米的镍铂上生长的石墨烯的SEM照片；（b）转移到300毫米SD2/Si 机体表面的石墨烯的光学显微镜照片，插图给出了石墨烯褶皱的AFM像；（d）与（c)对应的拉曼光谱面扫描图；

图3 铜箔上生长的石墨烯，(a),(b)分别为铜箔上生长的石墨烯的低倍和高倍SEM照片；(c),(d)分别为转移到SD2/Si机体和玻璃表面的石墨烯；