CVD法制备石墨烯教学文案
石墨烯化学气相沉积法制备
石墨烯化学气相沉积法制备
石墨烯化学气相沉积法是一种制备高质量薄层石墨烯的常用方法。
该方法通常通过在高温下将气态前驱体传输到衬底上并进行化学反应来制备石墨烯。
常用的前驱体包括甲烷、乙烯、乙炔等。
在反应过程中，前驱体分子碳原子通过解离反应，形成碳原子结构，并在衬底表面形成石墨烯薄层。
石墨烯化学气相沉积法制备的薄层石墨烯具有高度的结晶性和低的杂质含量，因此在制备柔性电子器件等领域具有广泛的应用前景。
CVD生成石墨烯
化学气相沉积（CVD）法是近年来发展起来的，制备石墨烯的新方法，采用该法制备的石墨烯具有质量高尺寸大等优点，是实现工业化生产潜力最大的方法之一。
CVD法制备石墨烯的步骤石墨烯在金属催化剂表面的CVD 生长是一个复杂的多相催化反应体系。
该过程主要涉及以下几个基元步骤：(1) 烃类碳源在金属催化剂基底上的吸附与分解；(2) 表面碳原子向催化剂体相内的溶解以及在体相中的扩散；(3) 降温过程中碳原子从催化剂体相向表面的析出；(4) 碳原子在催化剂表面的成核及二维重构，生成石墨烯。
化学气相沉积生长石墨烯的基本步骤：（1）碳源在催化剂表面吸附；（2）碳源脱附；（3）碳源的脱氢分解；（4）碳原子在催化剂表面的迁移；（5）碳原子在表面直接成核并生长成石墨烯；（6）碳原子在高温下溶入金属体相；（7）碳原子在金属体内扩散；（8）降温，碳原子从金属体相中析出，并在表面成核生长石墨烯。
CVD法生成石墨烯的机理首先碳源在催化剂表层分解，形成碳原子，形成的碳原子一部分在催化剂表面直接成核形成石墨烯，另一部分碳原子渗透进入催化剂体相，并和金属形成合金。
当温度降低，碳在催化剂体相中的溶解度降低，高温时渗透进入的体相的碳原子就在催化剂表面析出，并优先在晶界、台阶等缺陷处成核形成石墨烯。
除去扩散进入金属体相的碳原子，碳源分解生成的部分碳原子会在金属表面直接形成石墨烯。
这是一个表面催化的过程，对于溶碳量较低的金属(如Cu)，其上石墨烯的生长主要遵循这种机理。
CVD生长石墨烯主要包括两个路径，一个路径是“直接生长”，催化裂解出来的碳原子直接在催化剂表面成核、进而生长成石墨烯薄膜；另一个路径则是“迂回生长”，催化裂解的表面碳原子渗透进入体相溶解后，再在表面析出，成核生长形成石墨烯薄膜。
两个平行生长路径的贡献，取决于金属催化剂的溶碳能力、金属碳化物的生成及其在生长温度下的化学稳定性。
CVD法制备石墨烯碳源的选择在金属催化基底作用下，常选用气态烃类碳源特别是甲烷(CH4)作为前驱体,用来生长单层石墨烯。
cvd生长氧化还原石墨烯
cvd生长氧化还原石墨烯英文回答：Chemical Vapor Deposition (CVD) is a widely used technique for the growth of two-dimensional (2D) materials, such as graphene. The process involves the decomposition of a gas precursor on a substrate, typically a metal foil, to form the desired material. In the case of graphene, the precursor gas is typically a hydrocarbon, such as methane or ethylene, which is decomposed on a metal catalyst, such as copper or nickel.The growth of graphene by CVD can be achieved by either a top-down or bottom-up approach. In the top-down approach, a thin layer of carbon is deposited on a substrate and then etched to form graphene. In the bottom-up approach, graphene is grown directly on the substrate by the deposition of carbon atoms from the precursor gas.The growth of graphene by CVD is a complex process thatis influenced by a number of factors, including the substrate, the precursor gas, the growth temperature, and the growth time. The substrate plays a critical role in the growth of graphene, as it provides a surface for the nucleation and growth of the graphene crystals. The precursor gas also plays an important role, as it provides the carbon atoms that are necessary for the growth of graphene. The growth temperature and the growth time also affect the quality of the graphene that is grown.The growth of graphene by CVD is a promising technique for the production of high-quality graphene for a varietyof applications, including electronics, energy storage, and catalysis.中文回答：化学气相沉积 (CVD) 是一种广泛用于生长二维 (2D) 材料（例如石墨烯）的技术。
石墨烯吸波隐身材料制备技术
石墨烯是一种由单层碳原子以蜂巢状排列组成的二维材料，以其独特的物理和化学性质而备受关注，这些性质包括极高的导电性、热导性、力学强度，以及在微波频段的电磁波吸收性能。
这些特点使得石墨烯在制备隐身材料——尤其是用于隐身技术中的雷达波吸收材料（RAM）方面显示出巨大的潜力。
石墨烯吸波隐身材料制备技术涉及以下关键步骤：
1. 石墨烯的制备：通常采用化学气相沉积（CVD）、机械剥离、氧化还原法等方法制备石墨烯片或粉末。
2. 石墨烯材料的改性：为了提高其吸波性能，石墨烯通常需要与其他材料结合或者通过化学修饰来调整其电磁性能。
例如，可添加磁性粒子、导电聚合物等。
3. 制备复合吸波材料：通过将石墨烯和其他材料（如磁性或导电材料）混合来形成复合材料，能够吸收和散射入射的电磁波，从而实现更好的吸波性能。
4. 材料的成型与固化：将石墨烯复合材料加工成适合应用在具体对象（如飞机、舰艇等）的形状和尺寸，并通过热压、注塑或其他固化工艺完善其结构。
5. 测试与优化：对制备出的隐身材料进行电磁性能测试，根据测试结果对材料成分和结构进行优化，以满足特定频率范围内对波长吸收强度的需求。
由于吸波隐身材料在民用和军事领域都有着重要应用，相关技术通常涉及保密，我无法提供最前沿和详细的专业制备流程，但上述是大体的制备步骤与原理。
随着材料科学的进步，石墨烯基吸波隐身材料的性能在不断提升，其在隐身技术中的应用也在拓展。
需要指出的是，我的知识是截至2023年的，所以具体制备工艺可能随着技术进步而有所变化。
如何通过CVD实现单晶石墨烯的批量合成
如何通过CVD实现单晶石墨烯的批量合成
说起石墨烯，几乎家喻户晓，其优异的机械和电学性能引起全世界科学家们疯狂的追捧。
尽管目前在实验室中小尺寸的石墨烯单晶制备及其应用研究已经获得了长足的进步，但是我们至今难以在生活中见到它的大规模应用，其中的一个重要原因就是难以制备出更大尺寸的石墨烯单晶。
CVD生长主要依靠前驱碳氢化合物气体（甲烷、乙烷等）裂解产生碳原子，并在合适的基底表面生长得到石墨烯。
一般来说，大面积单晶石墨烯的制备，往往需要高品质的单晶作为基底材料，然后进行外延异质生长。
譬如在适当的高温情况下，使Cu基底表面形成Cu（111）单晶表面，然后进行外延异质生长；或者控制单点成核结晶，从而得到高品质石墨烯。
这些方法或多或少都存在一些问题，不是重复性不够好，就是高品质单晶基底难求。
图2. CVD制石墨烯常规示意图
因此，如何通过CVD实现单晶石墨烯的批量合成，是摆在石墨烯规模化应用面前的最大阻碍！
近日，美国能源部橡树林国家实验室Ivan V. Vlassiouk与莱斯大学Boris I. Yakobson、新墨西哥州立大学Sergei N. Smirnov等团队合作，发明了一项新。
新型石墨烯材料的制备及应用
新型石墨烯材料的制备及应用近年来，石墨烯这种新型材料备受科学家关注。
石墨烯是由碳原子形成的单层六角网格结构，具有高强度、高导电、高热导、透明等特性。
这使得石墨烯应用领域极为广泛，包括电子、光电、生物医学、材料等领域。
本文将从新型石墨烯材料的制备及应用两方面进行论述，并深入探究其未来发展趋势。
一、新型石墨烯材料的制备1、化学气相沉积法化学气相沉积法（CVD）是石墨烯制备的一种常用方法。
首先，在石墨片或金属表面上沉积一层薄膜沉积体，然后通过化学反应来剥离薄膜中的石墨烯层。
该方法能够制备大面积的石墨烯，并能够精确控制层数和晶粒尺寸。
但是，该方法所需的设备较为昂贵，而且制备过程中的异物夹杂问题也需要得到解决。
2、机械剥离法机械剥离法是最早的一种制备石墨烯的方法。
它使用胶带或者玻璃卡子等一些带有黏性的工具将石墨片剥离成单层石墨烯。
由于该方法的制备成本低廉，制备出的石墨烯单层稳定且纯度高，且少有异物夹杂。
因此机械剥离法被广泛应用于石墨烯的实验室制备。
3、溶剂剥离法溶剂剥离法利用刻蚀剂在石墨片上钝化金属，将其结为纳米尺度的片状，然后利用特殊的溶剂使片状石墨漂浮在水面上，最后利用过滤法将漂浮的石墨层提取下来。
该方法不仅能够制备出大面积的石墨烯，而且制备的石墨烯质量较高，但是溶剂选择比较困难。
二、石墨烯的应用1、生物医学领域石墨烯具有高导电性、生物相容性好等特性，因此可以广泛应用于生物医学领域。
例如，石墨烯可以作为生物传感器，通过识别特定的生物分子，从而实现对生物分子的检测；石墨烯还可以用于医用成像，由于其透明度高，可以用于体内显影等。
2、能源领域石墨烯既可以作为电极材料，也可以作为催化剂。
在锂离子电池等储能领域，石墨烯作为电极材料可以提高电池的能量密度、循环次数和充放电速度。
在光催化分解水制氢等领域，石墨烯作为催化剂也具有广泛的应用前景。
3、材料领域由于石墨烯具有高强度和高导热性，可以作为增强材料和导热材料。
石墨烯纤维、薄膜和纳米线等形态也被广泛研究和应用于各种领域，如高效润滑材料、高性能复合材料、高强度功能纤维等。
石墨烯的化学气相沉积法制备 2
石墨烯的化学气相沉积法制备摘要:化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法，具有产物质量高、生长面积大等优点，逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。
通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、SiC外延生长法和CVD方法)的原理和特点，重点从结构控制、质量提高以及大面积生长等发面评述了CVD法制备石墨烯及其转移技术的研究进展，并展望了未来CVD法制备石墨烯的可能发展方向，如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等。
关键词:石墨烯制备化学气相沉积法转移Abstract chemical vapor deposition(CVD) is an effective way for the preparation of preparation of graphene with large area and high quality.In this review,the echanism and characteristics of the four main preparation methods of graphene are briefly introduced ,including microm echanical Cleavage,chemical exfoliation,SiC epitaxial growth and CVD. The recent advances in the CVD growth of graphene and the related transfer techniques in term of structure contral, quality improvement and large area graphene synthesis were discussed .Other possible methods single crystallinegraphene ,graohene nanoribbons and graphene avrostructures. Keywords : Graphene,Preparation, Chemical vapor deposition;transfe1.前言自从1985年富勒烯和1991年碳纳米管被发现以来，碳纳米材料的研究一直是材料研究领域的热点，引起了世界各国研究人员的极大兴趣。
cvd石墨烯的制备与转移
cvd石墨烯的制备与转移CVD石墨烯的制备与转移引言：石墨烯作为一种二维材料，具有优异的电学、热学和力学性能，在电子器件、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
其中，化学气相沉积（CVD）是一种常用的制备方法，可以在金属衬底上快速高效地合成大面积的石墨烯薄膜。
本文将重点介绍CVD石墨烯的制备过程以及转移技术。
一、CVD石墨烯的制备过程1. 基本原理CVD石墨烯的制备是通过在高温环境下使碳源气体分解生成石墨烯，并在金属衬底表面沉积形成薄膜。
常用的碳源气体有甲烷、乙烯等。
在高温条件下，碳源气体分解生成碳原子，然后在金属表面进行扩散和聚合，最终形成石墨烯结构。
2. 制备步骤（1）准备金属衬底：常用的金属衬底有镍、铜等。
首先需要对金属衬底进行表面处理，以提高石墨烯的生长质量。
（2）预处理：将金属衬底放入热处理炉中，在惰性气氛下进行退火处理，去除表面氧化物等杂质。
（3）生长条件设置：将处理后的金属衬底放入石墨炉中，加热到适当的温度。
同时，通过注入碳源气体和惰性气氛来控制反应气氛。
（4）生长时间控制：根据需要得到的石墨烯薄膜厚度，控制反应时间。
一般情况下，生长时间越长，石墨烯的厚度越大。
（5）冷却处理：将反应结束后的金属衬底冷却至室温，取出即可得到CVD生长的石墨烯。
二、CVD石墨烯的转移技术将CVD生长的石墨烯从金属衬底上转移到目标衬底上是进行后续器件制备的关键步骤。
常用的转移技术有机械剥离法、热释放法和湿法转移法。
1. 机械剥离法机械剥离法是最早被采用的一种石墨烯转移技术。
通过在石墨烯上涂覆一层粘性较弱的聚合物，然后用胶带或支撑材料将石墨烯剥离下来，再将其转移到目标衬底上。
这种方法操作简单，但对石墨烯的质量和完整性要求较高。
2. 热释放法热释放法通过在金属衬底上生长一层较厚的二硫化钼（MoS2）薄膜，然后通过加热使MoS2与金属衬底分离，从而将石墨烯转移到目标衬底上。
这种方法相对较容易实现，但需要使用高温来实现MoS2与金属衬底的分离。
化学气相沉积法制备石墨烯,金刚石,富勒烯
CVD 制备石墨烯：1、采用方法的原理：以甲烷作为碳源，以铂作为生长基底。
通入H2将有缺陷的核刻蚀掉，降低石墨烯的密度。
由于石墨烯的生长和刻蚀过程是可逆的，所以经过生长刻蚀，再生长再刻蚀再生长（反复生长刻蚀生长）的方法制备出高产量，无缺陷的单晶石墨烯。
2、典型过程：将180um厚，10mm*20mm的铂箔首先用丙酮和酒精分别冲洗1h，然后放入熔融石英管中。
适应管中通入体积流为700摩尔每分的H2。
退火十分钟后将残留的碳和有机物移除。
生长从通入甲烷并维持一段时间后开始，在CVD生长后将甲烷的流速降低，其他参量保持不变来促使刻蚀石墨烯的过程发生。
在刻蚀了一段时间后，增加甲烷的流速使石墨烯生长。
随着生长刻蚀次数的增加逐渐减少甲烷的流速。
经过三轮的刻蚀生长，大约3mm的单晶石墨烯就生成了。
反应停止后将铂箔迅速从高温环境中取出，关火，在温度降到800度以下后停止通甲烷。
3、设备示意图Scheme depicting the G_rE_RG process. (a) CVD growth of graphene domains on a substrate. (b) Hydrogen etching to reduce domain density. (c) Regrowth of the etched graphene domains. (d) New nuclei appear on the substrate during regrowth. (e) Hydrogen etching to remove the new nuclei generated during regrowth. (f) Large-size single-crystal graphene domains obtained by the G_rE_RG method. (g) Schematic of the G_rE_RG process used for fabricating ∼3 mm single-crystal graphene domains, with the flow rates of CH4 and H2 used. The reaction temperature was 1060℃ during the whole process. The error bars show the size range of the single-crystal graphene domains obtained under the same conditions, and the blue dots in the middle of the error bars represent the average size of graphene domains.4、产物的形貌或性能用这种方法在铂衬底上制备出了大约3mm的单晶石墨烯，在常温常压下载流子迁移率达到了大约13 000 cm2 V-1 s-1。
石墨烯的合成与转移
大面积石墨烯的合成与转移实验石墨烯（Graphene）是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料。
它的出现引起了全世界的研究热潮，并且以惊人的速度在发展。
它不但对物理化学方面的纳米技术产生了重大影响，而且对材料科学和工程以及各个学科之间的纳米技术也产生了重大的影响。
本实验中，大面积石墨烯的合成是通过化学气相沉积法（CVD）来合成，石墨烯的转移主要采用湿法转移来实现。
【实验目的】1、理解利用化学气相沉积法合成纳米材料的方法；2、熟悉双温区管式炉的操作；3、掌握大面积石墨烯合成的过程；4、掌握大面积石墨烯的湿法转移过程。
【实验原理】1、化学气相沉积（CVD）的基本原理化学气相沉积是一种化学气相生长法，简称CVD （Chemical Vapor Deposition）技术。
这种方法是把含有构成薄膜元素的一种或者几种化合物的单质气体提供给基片，利用加热、等离子体、紫外线乃至激光等能源，借助气相作用或者基片表面的化学反应（热分解或化学合成）生成要求的薄膜。
由于CVD法是一种化学合成的方法，所以可以制备多种物质的薄膜。
如各种单晶、多相或非晶态无机薄膜。
CVD法制备薄膜的过程，可分为以下几个主要阶段：（1）反应气体向基片表面扩散；（2）反应气体吸附于表面；（3）在基片表面上发生化学反应；（4）在基片表面产生的气相副产物脱离表面而扩散掉或被真空泵抽走，在基片上留下不会发的固体反应物—薄膜。
2、大面积石墨烯在铜箔上的生长机理对于石墨烯这一新型的二维纳米材料在铜箔上生长的机理来说，暂时还没有确切的理论来解释，但目前比较流行的说法是：表面催化作用是石墨烯在铜箔上生长的主要机制（在镍箔上主要是析出机制），甲烷在铜箔的催化下被分解，碳原子键断裂并在铜箔的表面以sp2杂化键重新形成并连接生成石墨烯（如图1所示为石墨烯制备过程图）。
上述过程发生在图1中所示的甲烷分解阶段，而不是在降温阶段。
如果在铜的表面覆盖上一层石墨烯，铜箔的催化作用将会基本丧失，这样铜的表面在生长完单层的石墨烯后便很难再生长更多层得石墨烯，这种生长过程被称为自限制生长，所以在铜箔上更容易得到均一单层的石墨烯。
化学气相沉积石墨烯
化学气相沉积石墨烯化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）是一种常用于制备石墨烯的方法。
本文将从原理、方法以及应用三个方面，详细介绍化学气相沉积制备石墨烯的过程。
1.原理化学气相沉积制备石墨烯的基本原理是通过在高温和大气压下，将含有碳源的气体（通常是甲烷、环己烷等）输送到金属衬底上，并在衬底表面发生热解反应，生成石墨烯薄膜。
在这个过程中，需要保持一定的温度、气压和化学物质的浓度控制才能得到高质量的石墨烯。
2.方法化学气相沉积制备石墨烯的方法主要有两种类型：热分解法和等离子体增强法。
热分解法是最常用的化学气相沉积方法。
在这个方法中，首先需要将金属衬底（如铜、镍等）预热到高温（通常为800-1000°C）并保持稳定。
随后，将含有碳源的气体通过载气（如氢气）导入到预热的衬底表面。
在高温下，碳源分子发生热解反应，产生碳原子，然后在金属衬底表面自组装成石墨烯薄膜。
最后，通过冷却衬底，石墨烯薄膜与金属衬底分离。
等离子体增强法是石墨烯制备的另一种化学气相沉积方法。
该方法主要是通过先在等离子体中产生活跃的碳离子，再将这些离子沉积到金属衬底上，形成石墨烯。
等离子体增强法相比于热分解法，具有更高的成本和技术难度，但可以实现更高质量的石墨烯生长。
3.应用化学气相沉积制备的石墨烯具有许多优点，如高度可控，扩展性好等，因此在许多领域有广泛的应用。
首先，在电子学领域，石墨烯作为一种优异的导电材料可以应用于制造高性能的互连电极、晶体管和传感器等。
其高导电性和高载流子迁移率使得石墨烯在电子器件中具有巨大的潜力。
其次，在能源领域，石墨烯的高比表面积和优异的电化学性能使其成为电池、超级电容器和储能器件等的理想材料。
石墨烯的特殊结构可以显著提高电荷传输效率，并提高材料的循环稳定性和储能能力。
此外，在传感器、催化剂和生物医学领域，石墨烯也有着广泛的应用。
由于石墨烯的高灵敏度和特殊的表面性质，它可以用于制造各种类型的传感器，并在环境监测、生物诊断和药物传递等领域发挥重要作用。
cvd_铜箔_连续生长石墨烯_理论说明
cvd 铜箔连续生长石墨烯理论说明1. 引言1.1 概述在过去几十年中，石墨烯作为一种具有出色的物理和化学特性的二维材料，在科学界引起了巨大的关注。
它具有高导电性、高透明性、稳定性等优点，可以应用于电子器件、能源储存、催化和生物医学等领域。
尽管石墨烯的制备方法有很多种，但化学气相沉积（CVD）是一种最常用且有效的方法之一。
本文将重点介绍CVD铜箔连续生长石墨烯的理论说明。
首先，我们将介绍CVD 方法及其在石墨烯生长中的应用。
然后，我们将探讨铜箔作为衬底材料的优势以及该材料对石墨烯生长的影响。
最后，我们将详细解析石墨烯生长的机制，并分析其中涉及的关键因素。
1.2 文章结构本文共分为五个主要部分。
本引言部分是第一部分，主要对全文进行概述和总体框架的介绍。
接下来第二部分将详细讲解CVD铜箔连续生长石墨烯的理论说明。
第三部分将介绍我们的实验设计以及对实验结果的详细分析和讨论。
第四部分将解释和讨论实验结果，同时探讨CVD铜箔连续生长石墨烯所具有的优势和挑战。
最后，第五部分是结论部分，总结全文内容，并对未来研究方向进行展望。
1.3 目的本文的主要目的是通过理论说明和实验结果分析，深入了解CVD铜箔连续生长石墨烯的过程以及其中涉及的关键因素。
通过对铜箔作为衬底材料的优势进行探讨，希望能够进一步推动石墨烯在各领域中的应用。
此外，本文还旨在总结目前CVD方法制备石墨烯所面临的挑战，并提出未来研究方向，为相关领域的学者提供参考和启示。
以上就是“1. 引言”部分内容的详细描述，请按需使用。
2. CVD铜箔连续生长石墨烯理论说明:2.1 CVD方法介绍:CVD（化学气相沉积）是一种常用的合成石墨烯的方法之一。
该方法基于在高温下通过加热并使其分解的碳源与金属衬底反应，从而在表面上连续生长单层或多层石墨烯薄膜。
CVD方法具有可扩展性、过程参数可调控以及高质量等优点，因此被广泛应用于石墨烯的制备。
2.2 铜箔作为衬底材料的优势:在CVD法中，铜箔是最常用的衬底材料之一。
《CVD法制备石墨烯》课件
制备原理
1 化学气相沉积（CVD） 2 金属基底选择
3 控制制备条件
通过热分解预先制备的碳 源，在金属基底上生长出 单层石墨烯。
合适的金属基底提供了必 要的催化作用和晶格匹配。
温度、压力和气氛的调节 对石墨烯的形成和质量有 着重要影响。
实验步骤和材料准备
1
碳源预处理
2
将化学前体预处理以获得优பைடு நூலகம்的碳源，
用于石墨烯的生长。
3
基底清洗
使用溶剂和特定清洗方法将基底表面状 况达到最佳状态。
预备条件优化
优化制备条件，如温度、气压和反应时 间，以实现高质量的石墨烯生长。
结果与分析
单层结构
通过显微镜和光学方法确认生 长的石墨烯为单层结构。
晶体质量
通过X射线衍射和拉曼光谱分析 石墨烯的晶体质量和结构特性。
电学性能
挑战
石墨烯的大规模生产、集成和应用仍面临许多技术和经济挑战。
总结与展望
通过CVD法制备石墨烯的方法为研究和应用提供了新的可能性。石墨烯在各 个领域的应用潜力仍然巨大，未来有望取得更多突破。
使用四探针测量电性能参数， 如电导率和电子迁移率。
应用领域
电池技术
石墨烯在电池技术领域具有广泛 应用前景，可提高电池的容量和 循环寿命。
电子学
石墨烯的高导电性使其具有改善 电子元件性能和创新电子器件的 潜力。
复合材料
石墨烯的添加可以提升复合材料 的力学性能和导电性能。
优势与挑战
优势
石墨烯具有优异的导电性、力学性能和化学稳定性。
《CVD法制备石墨烯》 PPT课件
在这个PPT课件中，我们将介绍石墨烯的制备方法以及其应用领域。通过CVD 法制备的石墨烯已成为当前研究的热点之一。了解这一技术的原理和步骤将 有助于更好地理解石墨烯的特性和应用。
石墨烯制作方法
石墨烯制作方法
石墨烯制备方法可分为化学气相沉积（Chemical Vapour Deposition，简称 CVD）法和物理气相沉积（Physical Vapour Deposition，PVD）法两大类。
1、化学气相沉积（CVD）法
CVD法是用一定量的有机原料，在适当温度和压力条件下，反应生成气相化合物，再将其均匀地均密地沉积到在石墨片基材表面形成膜的一种技术，是全球最受欢迎的石墨烯制备方法。
CVD法的主要优点在于其原材料具有较低成本，并可以提供高质量石墨烯，范围广泛，形状和尺寸可调，耗时和成本低，以石墨烯为基础制备电化学传感器、催化剂和能源存储相关材料性能可有效提高等特点和优势。
不过CVD法制备的石墨烯的片尺寸一般较小，最适用于小尺度的应用。
PVD法主要是以室温下通过层层积累石墨原料（如石墨粉或石墨板），而利用离子束或共振电感等物理方法将其转换成薄膜的一种制备技术。
由于PVD法沉积过程不需要使用有机重要成分，因此其物性稳定性也很高。
PVD法是一种更早期被研究，并且广泛用于工业应用的技术，它可生成较大的石墨烯片，可以应用于制备太阳能电池、遗传材料和传感器等设备，且制备所需时间较短，特别适用于大尺度的应用，但该方法需要在容易氧化的条件下进行，会给很多工业应用带来麻烦，所以目前更多地被用于研究领域。
绝对干货CVD法制备石墨烯的工艺流程详解
绝对干货CVD法制备石墨烯的工艺流程详解【材料+】说：我们知道，石墨烯发现源于最初是用透明胶带从石墨晶体上“粘”出一片石墨烯的，一提起石墨，小伙伴们都不陌生，平常使用的铅笔芯就是石墨。
从碳源到石墨烯，要经历怎样的过程，对于石墨烯小白来说，能不能制备石墨烯，如何制备石墨烯呢？今天小编就从专业的角度来为你解读CVD法制备石墨烯的奥秘······众所周知，直接剥离法制备石墨烯的产量低，工序复杂，不适宜实际的工业需求。
随着化学气相沉积法的出现，石墨烯的工业化生产变成了可能。
化学气相沉积法（CVD）最早出现在二十世纪六十年代，主要用来制备高纯度、高性能的固体薄膜。
石墨烯的化学气相沉积的原理是：将一种含碳的气态物质在高温和高真空的环境下，用氢气作为还原性气体，通入到炉内，生成石墨烯全部都是沉积的衬底表面。
石墨烯用化学气相沉积法制备的设备管式炉，微波等离子CVD设备、射频化学气相沉积法等[1-3]。
CVD管式炉：设备简单，操作容易，但是反应温度高，时间较长，耗费能量较大，无法制备大面积的石墨烯；此外，由于没有压力，薄膜生长容易形成褶皱，减小平整度。
图1 CVD管式炉微波等离子CVD设备：是将微波发生器产生的微波用波导管经隔离器进入反应器，并通入甲烷和氢气的混合气体，从而产生甲烷-氢气等离子体，在基底表面进行沉积。
此法由于具有等离子体的辅助沉积，使其有沉积温度低，时间短等优点。
图2 微波等离子CVD设备磁控溅射CVD设备：磁控溅射CVD系统属于冷壁腔CVD系统，也就是说在反应中只有衬底处是有效的加热区；高温下，碳氢气体只在衬底上分解，不会造成碳过多而产生的抑制石墨烯生长的现象。
图3 磁控溅射CVD设备1CVD法制备的工艺流程CVD法制备石墨烯的基本过程是：把基底金属箔片放入炉中，通入氢气和氩气或者氮气保护加热至1000℃左右，稳定温度，保持20min左右；然后停止通入保护气体，改通入碳源（如甲烷）气体，大约30min，反应完成；切断电源，关闭甲烷气体，再通入保护气体排净甲烷气体，在保护气体的环境下直至管子冷却到室温，取出金属箔片，得到金属箔片上的石墨烯。
石墨烯制备方法
石墨烯制备方法石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有优异的导电性、热导性和机械性能，被认为是未来材料科学领域的重要研究对象。
石墨烯的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的制备方法。
化学气相沉积法（CVD）。
化学气相沉积法是目前制备石墨烯最常用的方法之一。
其制备过程是在金属衬底上，通过加热挥发源产生的气态碳源（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气）在高温下反应，使得碳原子在金属表面沉积形成石墨烯。
CVD法制备的石墨烯具有较高的结晶度和较大的尺寸，适合用于大面积石墨烯的制备。
机械剥离法。
机械剥离法是一种通过机械剥离石墨烯单层的方法。
其制备过程是利用胶带或者刮刀等工具，将石墨晶体不断剥离，直至得到单层石墨烯。
这种方法制备的石墨烯单层质量较好，但是产率较低，适合于小规模实验室制备。
化学剥离法。
化学剥离法是利用化学剥离剂将石墨晶体表面的原子层一层一层地剥离，直至得到单层石墨烯。
这种方法制备的石墨烯单层质量较好，且可以实现大规模制备，但是对剥离剂的选择和使用条件要求较高。
氧化还原法。
氧化还原法是一种通过氧化石墨后再还原得到石墨烯的方法。
其制备过程是先将石墨氧化形成氧化石墨，再通过还原剂（如高温、化学还原剂等）将氧化石墨还原为石墨烯。
这种方法制备的石墨烯单层质量较好，且可以实现大规模制备，但是制备过程中需要严格控制氧化和还原的条件。
化学氧化剥离法。
化学氧化剥离法是一种通过将石墨氧化后再进行化学剥离得到石墨烯的方法。
其制备过程是先将石墨氧化形成氧化石墨，再通过化学剥离剂将氧化石墨一层一层地剥离，直至得到单层石墨烯。
这种方法制备的石墨烯单层质量较好，且可以实现大规模制备，但是对氧化和剥离剂的选择和使用条件要求较高。
总结。
以上介绍了几种常见的石墨烯制备方法，每种方法都有其特点和适用范围，科研工作者可以根据实际需要选择合适的制备方法。
随着石墨烯制备技术的不断发展，相信未来会有更多更高效的制备方法出现，推动石墨烯在材料科学领域的广泛应用。
cvd长单层的氧化石墨烯膜
cvd长单层的氧化石墨烯膜氧化石墨烯是一种由氧化石墨烯单层构成的材料，具有极高的热导率、电导率和机械强度。
cvd长单层的氧化石墨烯膜是一种通过化学气相沉积（CVD）方法生长的氧化石墨烯薄膜。
这种方法可以在金属基底上直接生长出高质量的单层氧化石墨烯膜，具有广泛的应用前景。
cvd长单层的氧化石墨烯膜具有许多独特的物理和化学性质，使其在多个领域具有广泛的应用潜力。
首先，cvd长单层的氧化石墨烯膜具有优异的热导率。
热导率是一个物质导热性能的重要指标，对于热管理和热电转换应用至关重要。
cvd长单层的氧化石墨烯膜的高热导率使其成为高效的热导材料，可以应用于热界面材料、热导管和热电材料等领域。
cvd长单层的氧化石墨烯膜具有优异的电导率。
电导率是一个材料导电性能的重要指标，对于电子器件和能源存储器件的性能影响巨大。
cvd长单层的氧化石墨烯膜的高电导率使其成为优秀的导电材料，可以应用于柔性电子器件、透明导电薄膜和导电墨水等领域。
cvd长单层的氧化石墨烯膜还具有出色的机械强度。
机械强度是材料抵抗外力破坏的能力，对于结构材料和传感器等应用至关重要。
cvd长单层的氧化石墨烯膜的高机械强度使其具有优异的抗拉伸、抗压缩和抗弯曲性能，可以应用于可穿戴设备、传感器和柔性电子器件等领域。
cvd长单层的氧化石墨烯膜的制备方法主要包括两步：首先通过CVD方法在金属基底上生长出氧化石墨烯薄膜，然后通过氧化处理将氧化石墨烯转化为氧化石墨烯膜。
CVD方法是一种常用的制备氧化石墨烯薄膜的方法，其优点包括可控性高、成本低、生长速度快等。
氧化处理可以在氧气或其他氧化剂的作用下将氧化石墨烯转化为氧化石墨烯膜，提高其稳定性和机械性能。
cvd长单层的氧化石墨烯膜的应用前景十分广阔。
在能源领域，cvd 长单层的氧化石墨烯膜可以用作高效的热电材料，用于提高热电转换效率。
在电子器件领域，cvd长单层的氧化石墨烯膜可以用于制备柔性电子器件，如柔性显示屏和可穿戴设备。
石墨烯CVD制备方法
CVD法生长石墨烯的 (a)渗碳析碳机制与 （b）表面生长机制
石墨烯的CVD主要涉及三个方面
生长基体 生长条件
碳源
气压 烃类气体 甲烷( CH4） 乙烯( C2H4) 乙炔( C2H2) 镍膜 铜箔 载气
步骤
1
使用阴极射线蒸发 法在Si/SiO2基体表 面沉积一层300nm厚 的单层镍层。
2
将载有镍薄膜的基片置于 反应炉中，通入甲烷(碳 源)、氢气、氩气的混合 气体，并将腔体加热到 1000。C,保温几分钟，使 甲烷气体在高温下分解
制备方法 ---化学气相沉积法
生长机理
渗碳析碳机制
1
2
表面生长机制
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
表面生长机制
• 对于铜等具有较低含碳量的金属基体，高温下气态碳 源裂解生成的碳原子吸附于金属表面，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
4
在金属镍单质 表面得到6-10 个原子层厚C/s
CVD石墨烯薄膜转移方法
• 基体刻蚀法的原理：使用PMMA为中间载体转移石墨 烯薄膜。首先在生长了石墨烯薄膜的基体上旋涂一 层PMMA，然后将金属基体放入FeCl3或Fe（NO3）3等 溶液中将基体腐蚀干净，接着将载有石墨烯薄膜的 PMMA用去离子水（DI water）清洗数次，再将石墨 烯/PMMA转移到基片上，最后用丙酮将石墨烯上面 的PMMA去除掉。
具体步骤
CVD法制作石墨烯示意图
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C V D法制备石墨烯题目： CVD法制备石墨烯及其进展目录1. 石墨烯1.1 石墨烯简介2.石墨烯的制备方法2.1 物理方法制备石墨烯2.1.1机械剥离法2.1.2取向附生法—晶膜生长 2.1.3 液相和气相直接剥离法 2.2 化学法制备石墨烯2.2.1 化学气相沉积法2.2.2外延生长法2.2.3 氧化石墨还原法3.化学气相沉淀法制备石墨烯3.1碳源3.2生长基体3.3 生长条件4.不同基体时制备特点4.1以镍为基体4.2以铜为基体5.讨论6.总结与展望参考文献摘要：石墨烯作为一种近年来发现的新材料，拥有许多独特的理化性质，在多个领域具有很大的应用潜力，成为了目前研究的热点。
在多种制备石墨烯的方法中，化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)法所制备的石墨烯具有面积大、质量高、均匀性好、层数可控等优点，被广泛采用。
一般可采用镍，铁，铜，铂等过渡金属作为生长衬底，目前，研究中多采用铜衬底，这是由于其相对比较经济且所生长的石墨烯质量较好。
但是如何利用化学气相沉积（CVD）在金属镍（Ni）和铜（Cu）衬底上实现高质量大面积石墨烯的可控生长还存在很大的难度。
本文将重点介绍化学气相沉淀法制备石墨烯。
关键词：化学气相沉淀法，石墨烯1. 石墨烯1.1 石墨烯简介石墨烯是一种二维晶体，人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。
当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。
石墨烯是一种二维晶体，由碳原子按照六边形进行排布，相互连接，形成一个碳分子，其结构非常稳定；随着所连接的碳原子数量不断增多，这个二维的碳分子平面不断扩大，分子也不断变大。
单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，即0.335纳米，相当于一根头发的20万分之一的厚度，1毫米厚的石墨中将将近有150万层左右的石墨烯。
石墨烯是已知的最薄的一种材料，并且具有极高的比表面积、超强的导电性和强度等优点。
石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2. 3%的光；导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15 000 cm2 /（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料[12]。
因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
2石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法一般分为物理方法和化学方法。
2.1 物理方法制备石墨烯2.1.1机械剥离法机械剥离法或微机械剥离法是最简单的一种方法，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。
首先利用氧等离子在1 mm厚的高定向热解石墨表面进行离子刻蚀，当在表面刻蚀出宽20 μm—2 mm、深5 μm的微槽后，用光刻胶将其粘到玻璃衬底上，再用透明胶带反复撕揭，然后将多余的高定向热解石墨去除并将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中进行超声，最后将单晶硅片放入丙酮溶剂中，利用范德华力或毛细管力将单层石墨烯“捞出”。
但是这种方法存在一些缺点，如所获得的产物尺寸不易控制，无法可靠地制备出长度足够的石墨烯，因此不能满足工业化需求。
2.1.2取向附生法—晶膜生长Peter W.Sutter 等[2]使用稀有金属钌作为生长基质，利用基质的原子结构“种”出了石墨烯。
首先在 1150 °C下让C原子渗入钌中，然后冷却至850 °C，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，在整个基质表面形成镜片形状的单层碳原子“孤岛”，“孤岛”逐渐长大，最终长成一层完整的石墨烯。
第一层覆盖率达80 %后，第二层开始生长，底层的石墨烯与基质间存在强烈的交互作用，第二层形成后就前一层与基质几乎完全分离，只剩下弱电耦合，这样制得了单层石墨烯薄片。
但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响制得的石墨烯薄片的特性[5]。
2.1.3 液相和气相直接剥离法液相和气相直接剥离法指的是直接把石墨或膨胀石墨(EG)(一般通过快速升温至1000 °C以上把表面含氧基团除去)加在某种有机溶剂或水中，借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。
Coleman 等[3]参照液相剥离碳纳米管的方式将石墨分散在N-甲基-吡咯烷酮 (NMP) 中，超声1h 后单层石墨烯的产率为1%，而长时间的超声(462 h)可使石墨烯浓度高达1.2 mg/mL。
因以廉价的石墨或膨胀石墨为原料，制备过程不涉及化学变化，液相或气相直接剥离法制备石墨烯具有成本低、操作简单、产品质量高等优点，但也存在单层石墨烯产率不高、片层团聚严重、需进一步脱去稳定剂等缺陷。
2.2 化学法制备石墨烯目前实验室用石墨烯主要通过化学方法来制备，该法最早以苯环或其它芳香体系为核，通过多步偶联反应使苯环或大芳香环上6个C均被取代，循环往复，使芳香体系变大，得到一定尺寸的平面结构的石墨烯[4]。
在此基础上人们不断加以改进，使得氧化石墨还原法成为最具有潜力和发展前途的合成石墨烯及其材料的方法。
除此之外，化学气相沉积法和晶体外延生长法也可用于大规模制备高纯度的石墨烯。
2.2.1 化学气相沉积法化学气相沉积法的原理是将一种或多种气态物质导入到一个反应腔内发生化学反应，生成一种新的材料沉积在衬底表面。
它是目前应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的技术。
化学气相沉积法可满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求，但现阶段因其较高的成本、复杂的工艺以及精确的控制加工条件制约了这种方法制备石墨烯的发展，有待进一步研究。
2.2.2外延生长法Clarie Berger等利用此种方法制备出单层[7]和多层[8]石墨烯薄片并研究了其性能。
通过加热，在单晶6H-SiC的Si-terminated (00001)面上脱除Si制取石墨烯。
将表面经过氧化或H2蚀刻后的样品在高真空下(UHV; base pressure 1.32×10-8Pa)通过电子轰击加热到1000 °C以除掉表面的氧化物(多次去除氧化物以改善表面质量)，用俄歇电子能谱确定氧化物被完全去除后，升温至1250-1450 °C，恒温1-20 min。
在Si表面的石墨薄片生长缓慢并且在达到高温后很快终止生长，而在C表面的石墨薄片并不受限，其厚度可达5到100层。
形成的石墨烯薄片厚度由加热温度决定[1]。
这种方法可以得到两种石墨烯：一种是生长在Si 层上的石墨烯, 由于接触Si 层，这种石墨烯的导电性能受到较大影响；另一种是生长在C 层上的石墨烯，具有优良的导电能力。
两者均受SiC 衬底的影响很大。
这种方法条件苛刻(高温、高真空)、且制得的石墨烯不易从衬底上分离出来，不能用于大量制造石墨烯。
2.2.3 氧化石墨还原法氧化石墨还原法制备石墨烯是将石墨片分散在强氧化性混合酸中，例如浓硝酸和浓硫酸，然后加入高锰酸钾或氯酸钾强等氧化剂氧化得到氧化石墨(GO)水溶胶，再经过超声处理得到氧化石墨烯, 最后通过还原得到石墨烯。
这是目前最常用的制备石墨烯的方法。
这种方法环保、高效，成本较低，并且能大规模工业化生产。
其缺陷在于强氧化剂会严重破坏石墨烯的电子结构以及晶体的完整性，影响电子性质，因而在一定程度上限制了其在精密的微电子领域的应用。
3.化学气相沉淀法制备石墨烯CVD法制备石墨烯旱在20世纪70年代就有报道，当时主要采用单晶Ni作为基体[6]，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PG PcI, It; Ru等基体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研究组与韩国成均馆大学的I3. H.H one研究组才利用沉积有多晶Ni膜的硅片作为基体制备出大而积少层石墨烯[13]，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。
3.1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。
3.2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。
3.3 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[9]。
4.不同基体时制备特点利用化学气相沉淀法制备石墨烯时是需要基体的，一般都是以镍和铜为基体。
4.1以镍为基体石墨烯的CVD法制备最旱采用多晶Ni膜作为生长基体。
生长基体为电子束沉积的300nm的Ni膜,碳源为CH4,生长温度为10000C,载气为H2和Ar的混合气,降温速度为100C/s。
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。
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[11]。
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。
在镍（Ni）衬底表面实现高质量单层石墨烯的可控生长。
把生长时间缩短到10秒，其结果表明碳原子在镍衬底表面以直接生长的机制形成石墨烯[10]。
这种生长机制类似于原子层沉积技术，与传统的碳原子偏析合成石墨烯的机制相比，在石墨烯的可控生长方面将具有更大的优越性。
同时发现较低的氢气流量将更加有利于实现高质量石墨烯的合成，没有氢气时合成的石墨烯表面电阻367欧姆，基本上可与在铜衬底上生长的石墨烯相媲美。
4.2以铜为基体由于采用Ni膜生长的石墨烯存在晶粒尺寸小、在晶界处存在多层石墨烯、层数难以控制等问题，美国德州大学奥斯汀分校的R .s.Ruoff研究组提出了利用Cu箔生长单层为主的大而积石墨烯。