电感耦合等离子体制备石墨烯工艺及生长机理开题报告

1. 研究目的与意义

大规模地制备高质量的大片石墨烯是实现石墨烯实际应用的重要前提.目前,使用过渡金属催化的化学气相沉积(CVD)法被认为是合成高质量石墨烯最具前景的方法.这主要是因为,一方面,该制备方法简单,价格相对低廉.另一方面,该制备方法可调控的实验参数(如碳源,温度,压强,催化剂等)非常多,因此可提升的空间非常之大.尽管过去几年石墨烯在CVD合成方面已经取得了很大的进展,但目前合成的石墨烯离实际应用仍有一定的距离.如何有效地调控实验参数以获得更优质的石墨烯?这需要探索改良的CVD工艺和对石墨烯的CVD生长机理有一个更为清楚的认识。

2. 研究内容和预期目标

本课题采用电感耦合的高密度等离子体CVD方法制备石墨烯，重点研究其合适的生长工艺和相关的生长机理,研究不同金属在高密度等离子体状态的催化机制和催化位点密度及分布，完成面积大于16cm²的均匀石墨烯的制备工艺和相关样品，探索石墨烯与聚合物的复合结构及性能，开辟该复合材料的热管理应用实例。

3. 研究的方法与步骤

本课题通过具体实验了解所要研究的问题。实验步骤：1. 对衬底进行超声清洗，去除衬底表面杂质，以防止对沉积的薄膜造成污染。具体包括：第一步：用清洗液在50℃水浴中超声清洗5min；第二步：用去离子水将衬底冲洗干净，然后放在50℃水域中超声清洗5min，换水四次；第三步：取出先用去离子水冲洗，然后用高纯氮气冲干备用。将衬底置于磁控溅射系统的基片台上，选择不同的金属靶材分别溅射到不同的衬底上，用于石墨烯生长的金属催化底层材料。2. 将生长有金属催化层的衬底迅速装入ICP-CVD腔室中的底盘上，并马上关闭ICP-CVD腔室，开始抽真空，同时开始衬底加热程序。3. 当腔体真空抽至4×10-4Pa，通入反应气体，通过调节腔室与旋片分子泵之间的插板阀调节沉积气压至设定值，然后打开射频电源，调节射频功率至合适值。此时，反应气体发生等离子体辉光放电现象，开始沉积薄膜。4. 薄膜沉积结束后先关闭射频源，然后将反应气体截止阀关闭。将腔室与旋片分子泵之间的插板阀开至最大，抽高真空10min，以抽掉腔室中残余的反应气体。5. 抽真空结束后，关闭插板阀。关闭分子泵电源，待分子泵转速将至0后，关闭前级泵、机械泵。6. 关机后，将腔室中充入气体至大气压，打开腔室，取出样品。

4. 参考文献

[1].d.y.wei,s.k.guo,y.n.zhao,advancesinthepreparationandapplicationsofgraphene,newchemicalmaterials.2011，39，11-15.

[2].m.du,g.r.zhang,progressinpreparationandapplicationofgraphene,inorganicchemicalsindustry,2019，52，12-15.

[3].k.s.novoselov,a.k.geim,electricfieldeffectinatomicallythincarbonfilms,science,2004，306，666-669.

5. 计划与进度安排

第七学期：

2022-12-18

与学生见面，介绍毕业论文总体情况，布置查阅文献资料任务；