大面積雙層、三層石墨烯薄膜的製備技術研究

《大面積雙層、三層石墨烯薄膜的製備技術研究》是依託中國人民大學，由陳珊珊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大面積雙層、三層石墨烯薄膜的製備技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳珊珊
• 依託單位：中國人民大學

項目摘要

石墨烯作為理想的二維納米材料，呈現諸多優異、獨特的物理化學特性，而成為近年來的研究熱點。單層石墨烯，儘管具有超高的電子遷移率，卻由於零帶隙電子結構而限制了其在高速數字電子器件領域的套用。雙層、三層AB堆疊結構的石墨烯，因層與層之間的耦合產生特殊的能帶結構具有可調控的帶隙，在光子學和光電子學領域有著廣泛的套用前景。然而受限於目前的製備技術，雙層，尤其是三層石墨烯的大面積、均勻可控制備還是一個大的挑戰。本項目擬採用化學氣相沉積法，在多晶銅表面，通過對多層石墨烯製備機理的深入研究，調控碳原子擴散到石墨烯和銅箔之間納米微腔中的濃度，找到生長雙層和三層石墨烯大面積、均勻生長的視窗。另一方面，通過人為在銅箔表面形成多層AB堆疊石墨烯種子，橫向外延生長多層石墨烯，最終獲得大面積層厚可控的AB堆疊石墨烯薄膜。

結題摘要

石墨烯作為理想的二維納米材料，呈現諸多優異、獨特的物理化學特性，而成為研究熱點。石墨烯的可控制備作為其材料特性和套用研究的基礎，受到了極大的關注，也取得了長足的進展。其中單層石墨烯的可控制備技術日趨成熟，而多層石墨烯的大面積、均勻可控制備，依然是研究的難點。本項目採用化學氣相沉積法，在多晶銅表面，通過精細調控生長參數，深入探究多層石墨烯的生長動力學，找到雙層石墨烯的生長視窗，實現雙層石墨烯的可控制備。提出雙層石墨烯的“高效生長時間”為雙層石墨烯成核完成後到第一層石墨烯完全覆蓋Cu箔之間的時間段。利用該“高效生長時間”可製備出高成核密度和高覆蓋度的雙層石墨烯，實現展平Cu箔基底上雙層石墨烯的可控制備。另一方面，採用創新性的“籽晶生長法”，通過人為在銅箔表面形成多層AB堆疊石墨烯種子，橫向外延生長多層石墨烯。控制種子濃度和厚度可調控石墨烯的成核密度和層厚，最終獲得大面積層厚可控的多層石墨烯薄膜。這些技術為Cu基底多層石墨烯CVD的可控制備提供了新的思路，效率高，可與大面積單層石墨烯產業製備相結合，適合多層石墨烯大面積產業製備。