在铜箔上通过化学气相沉积合成石墨烯薄膜

在过去十年中，石墨烯迅速发展成为最有希望改变人类生活的材料之一。开发用于制备各种类型石墨烯的有...



在过去十年中，石墨烯迅速发展成为最有希望改变人类生活的材料之一。开发用于制备各种类型石墨烯的有价值的合成方法论形成其研究和应用的基础。石墨烯可以以微米薄片粉末或大面积薄膜的形式使用。石墨烯粉末通过石墨的剥离或氧化石墨烯的还原制备，而石墨烯膜主要通过化学气相沉积（CVD）在各种基底上制备。目前已经探索了金属和电介质基板；而电介质基板优于任何其它基板，已经在金属基板例如Cu上生长了更高质量的大面积石墨烯膜。这里的重点是研究通过CVD在Cu箔上合成石墨烯，包括各种CVD技术，石墨烯生长机制和动力学，用于合成大面积石墨烯单晶的策略，石墨烯转移技术，以及最后讨论的挑战和前景。



Fig.1 (a) 用于石墨烯合成的一个典型的低压化学气相沉积系统示意图。(b,c) 具有小部分覆盖层(b)和具有100%单层覆盖率(c)的在Cu衬底上的石墨烯扫描电子显微镜(SEM)图像，(b)和(c)的比例尺分别为5 μm和10 μm。



Fig.2 Cu连续曝光在C同位素下，基于不同生长机理的石墨烯薄膜上C同位素可能分布示意图(12C和13C)：a,b）表面偏析和/或沉淀(a)；表面吸附(b)；(c-e)生长在镍膜上的表面偏析和沉淀：在285纳米SiO2/Si晶片上的石墨烯薄膜的光学显微镜图像(c)，相应的拉曼光谱图(d)，和拉曼光谱(e)。(f-h)在285 nm SiO2晶片上的石墨烯薄膜表面吸附生长的光学显微镜图像(f)，相应的拉曼光谱图(g)和拉曼光谱(h)。比例尺是5μm.



Fig.3 (a-d)Cu衬底（箔）上的石墨烯晶畴的SEM图像，显示随着生长温度的增加和甲烷流速和分压的降低，晶畴密度降低（因此晶畴尺寸增大）; 比例尺为10μm。(e)在Cu外壳((e)的插图)的内表面上生长的0.5mm石墨烯单畴的SEM图像。 (f)Cu上的厘米级石墨烯晶畴的光学图像。

相关研究成果发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201504760）上。

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