石墨烯的化学气相沉积法制备 2
化学气相沉积法制备石墨烯材料
化学气相沉积法新材料的制备1 化学气相沉积法化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。
从理论上来说，它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。
淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。
1.1 化学气相沉积法的原理化学气相沉积法是利用气相反应，在高温、等离子或激光辅助灯条件下，控制反应器呀、气流速率、基板材料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄膜的晶化过程，从而或得纳米结构的薄膜材料。
CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。
通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，同时让高熔点物质可以在较低温度下制备。
1.2 分类用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料，包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。
采用各种反应形式，选择适当的制备条件—基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜才来。
通过反应类型或者压力来分类，可以将化学气相沉积法分为：低压CVD(LPCVD)，常压CVD(APCVD)，亚常压CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD)，以及金属有机物CVD(MOCVD) 化学气相沉积的化学反应形式，主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。
具体表现如下表：表1-1 化学气相沉积的各种反应形式1.3 反应参数CVD反应室中的反应是很复杂的，有很多必须考虑的因素，沉积参数的变化范围是很宽的：反应室内的压力、晶片的温度、气体的流动速率、气体通过晶片的路程、气体的化学成份、一种气体相对于另一种气体的比率、反应的中间产品起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反应等。
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。
石墨烯薄膜的制备及其电子学性质的研究
石墨烯薄膜的制备及其电子学性质的研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维结构，其拥有出色的导电性和热导率等物理特性，被认为是下一代电子学领域的材料。
然而，单层石墨烯在现实中极其难以制备和处理，因此人们开始研究石墨烯的薄膜。
本文将介绍现有的石墨烯薄膜制备方法以及这些薄膜的电子学性质的研究进展。
一、机械剥离法机械剥离法是一种比较早的石墨烯薄膜制备方法，它是指通过机械方式将石墨材料进行分离，从而得到单层或几层厚度的石墨烯。
这种方法的缺点是生产效率低，因为需要反复剥离，此外，其制备过程还会产生很多杂质和缺陷。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种较为常用的石墨烯薄膜制备方法，它主要是在高温的反应器中使一些前驱体化合物与石墨材料反应，产生石墨烯。
通过控制反应条件和前驱体反应物的选择，可以得到高质量和大面积的石墨烯薄膜。
但是，这种方法需要高温反应，因此制备过程中需要采取一系列复杂的技术手段来确保反应的可控性和产物质量。
三、电化学剥离法电化学剥离法是一种较新的石墨烯薄膜制备方法，它利用电化学反应的原理在金属表面上制备石墨烯。
通常，金属表面被先涂覆了一层石墨烯前驱体材料，然后在电解液中进行电解，这样就可以在金属表面上得到石墨烯薄膜。
这种方法可以得到高质量、高温稳定性的石墨烯薄膜，而且还可以控制石墨烯的层数、形状和大小等。
四、石墨烯薄膜的电子学性质研究石墨烯薄膜的电子学性质是其应用于电子学领域的重要因素。
研究表明，石墨烯薄膜的电子传输是非常快速和高效的，其导电性比铜还高，这使得石墨烯薄膜成为一种很有前途的导体材料。
另外，在石墨烯薄膜中产生了一些新的电子能级，这些能级在化学传感和量子计算等领域具有潜在的应用前景。
结论总之，石墨烯薄膜的制备及其电子学性质的研究是一个有挑战性和前途的领域，不同的制备方法和处理技术为石墨烯薄膜的应用提供了丰富的可能性。
在石墨烯薄膜的研究中，人们需要进一步提高材料的生产效率，获得高品质和大尺寸的薄膜，并通过深入的物理和化学研究来深入了解石墨烯薄膜的性质和应用。
石墨烯的制备方法
采用粘胶带的方式，胶带采用特殊的3M思高牌胶带。使用镊子 夹取16 cm长的思高牌胶带贴附在高定向热解石墨片表面，轻轻压 实，使胶带和石墨片紧紧贴附，慢慢撕下。胶带表面会粘附有很薄 的一层石墨薄片，然后把胶带的两端对折，使石墨薄片夹在胶带具 有粘性一侧的中间，轻轻的压实，慢慢撕下，平稳的将石墨薄片一 分为二。完美的剥离，剥离的石墨薄片表面如原子般平滑，复制出 的石墨薄片是发亮的。重复3到l0次剥离，直到胶带上出现颜色如 墨水斑点一样的石墨薄片。小心的将附有石墨薄片的胶带贴附在氧 化的硅片上，轻轻挤压掉胶带和硅片之间的空气，使样品和胶带完 全贴附，保持l0 min，慢慢从硅片表面撕下胶带。这时数千小片石 墨都粘到了硅片上，而其中部分样品就是少层、甚至单层的石墨烯 。
1. 机械剥离法 2. 氧化石墨还原法
3. 化学气相沉积法 4. 外延生长发
机械剥离法：
是最早面剥离出石墨烯片层。早期的机械剥离法所制得的石墨薄片 通常含有几十至上百个片层,随着技术方法的改进,逐渐可以制备出 层数为几个片层的石墨薄片。 机械剥离法被广泛用于石墨烯片层的制备,特别在石墨烯的一 些光学、电学性能研究中,一般均以机械剥离法作为主要的制备方 法。与其他方法相比较，机械剥离法是最简单的方法，对实验室条 件的要求非常简单，并且容易获得高质量的石墨烯。 但制备的石墨烯薄片尺寸不易控制、重复性差，产率较低,而 且难以规模化制备单层石墨烯。
氧化石墨还原法
该方法主要采用强酸(如浓硫酸和发烟硝酸等)将本体石墨进行 氧化处理,通过热力学膨胀或者强力超声进行剥离,利用化学还原法 或其它方法将氧化石墨烯还原为石墨烯。所以，主要过程就分为氧 化和还原两个阶段。 氧化阶段：目前,对本体石墨进行氧化处理多采用 Hummers 法 。一般步骤为：将石墨粉和无水 NaNO3 加入置于冰浴内的浓 H2SO4 中，以 KMnO4 为氧化剂进行氧化处理，用 30% H2O2 还原剩余的氧 化剂，最后过滤、洗涤、真空脱水得到GO。 为了进一步强化其氧化强度,还可以利用过 K2S2O8 和 P2O5 对 本体石墨进行预氧化处理后,再进行 Hummers 法氧化。
化学气相沉积法生长二维材料的可控制备及生长机理。
一、化学气相沉积法生长二维材料的可控制备化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的方法，用于生长二维材料，如石墨烯、碳纳米管等。
通过这种方法，可以实现对二维材料的可控制备，从而满足不同应用领域的需求。
二、化学气相沉积法生长二维材料的生长机理在化学气相沉积法中，液态前驱体或固态前驱体会被蒸发，产生气体前驱体。
这些气体前驱体会在衬底表面发生化学反应，从而形成二维材料。
生长过程中的温度、压力、气体流量等参数会显著影响二维材料的生长。
反应过程中可能产生副产物，对生长过程产生影响。
掌握生长机理是实现二维材料可控制备的关键。
三、CVD生长二维材料的方法和条件优化在CVD过程中，需要通过优化反应条件和衬底材料，来实现二维材料的生长。
这包括优化反应温度、压力和气体流量等参数。
选择合适的衬底材料也是非常重要的。
通过表面处理、掺杂等方法，可以调控二维材料的性质。
控制气相中前驱体的浓度分布和扩散输运也是实现二维材料可控制备的关键。
四、CVD生长二维材料的监测和分析方法在CVD过程中，需要监测和分析二维材料的生长过程，以及生长后的结构和性质。
常用的方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等。
通过这些方法，可以观察到二维材料的形貌、结构和成分，从而评估生长过程中不同参数对材料的影响。
五、CVD生长二维材料的应用及展望二维材料因其独特的性质，在电子器件、光电器件、传感器等领域具有广泛的应用前景。
CVD生长方法的可控制备和高质量生长是实现这些应用的关键。
随着对CVD生长机理和方法的深入研究，相信二维材料将在更多领域展现出其优越性能，为人类社会的发展做出更大的贡献。
六、结语在实现二维材料的可控制备和高质量生长过程中，CVD方法发挥着重要作用。
通过优化反应条件、监测和分析生长过程，以及发展新的生长方法，我们可以更好地掌握二维材料的生长机理，推动二维材料在不同领域的应用。
三维石墨烯制备的有效方法
三维石墨烯制备的有效方法一、引言在过去几十年中，石墨烯作为一种具有出色的物理和化学性质的二维材料，引起了广泛的研究兴趣。
然而，随着研究的深入，人们意识到二维石墨烯存在一些限制，例如其机械稳定性和特定的电子输运特性。
为了解决这些问题，三维石墨烯近年来受到了更多的关注。
在本文中，我们将探讨一些有效方法来制备三维石墨烯。
二、机械剥离法机械剥离法是最早被用于制备二维石墨烯的方法之一，也可以用于制备三维石墨烯。
该方法的基本原理是通过使用胶带或刮刀等工具，将石墨烯从石墨材料中剥离下来。
然而，由于三维石墨烯的结构更为复杂，机械剥离法在制备过程中会面临一些挑战。
机械剥离往往会导致石墨烯层之间的层间距扩大，从而降低了材料的电子传导性能。
对于较大规模的制备过程来说，机械剥离法也存在效率低下的问题。
三、化学气相沉积法化学气相沉积法（CVD）是一种常用的制备二维石墨烯的方法，也可以用于制备三维石墨烯。
该方法的基本原理是通过将碳源气体（通常是甲烷或乙烯）与金属催化剂（如铜片或镍片）共同放置在高温下，使碳源气体在催化剂表面解离，生成碳原子，最终形成石墨烯薄片。
与二维石墨烯不同，制备三维石墨烯需要控制催化剂的形貌和热力学参数，以实现石墨烯的三维生长。
化学气相沉积法还可以通过调节碳源气体的浓度和流量，以及反应时间和温度等参数，来控制石墨烯的厚度和形貌。
四、电化学剥离法电化学剥离法是一种相对较新的制备石墨烯的方法，也可以用于制备三维石墨烯。
该方法利用电化学反应将石墨材料中的碳原子逐层剥离，形成石墨烯层。
其中，电解液中的化学物质和电流密度是影响石墨烯剥离速度和质量的重要因素。
通过调节电化学剥离的条件，可以控制三维石墨烯的结构和性能，如层数、孔隙度和导电性等。
然而，电化学剥离法的制备过程相对复杂，并且需要较大的设备和操作技术。
五、层层析法层层析法是一种将二维石墨烯堆积成三维结构的方法。
该方法首先制备单层或多层的二维石墨烯，然后通过层间作用力或界面薄膜的辅助，将这些石墨烯层堆积起来形成三维结构。
石墨烯粉体制备工艺
石墨烯粉体制备工艺石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体材料，具有优异的电学、热学、力学和光学性质，因此在电子器件、传感器、储能材料等领域具有广泛的应用前景。
而石墨烯粉体则是将石墨烯制备成粉末状，方便在材料制备过程中添加和掺杂，以改善材料的性能。
本文将介绍几种常见的石墨烯粉体制备工艺。
1. 机械剥离法机械剥离法是一种简单易行的石墨烯粉体制备方法。
其原理是将石墨烯层层剥离，形成石墨烯粉末。
具体操作是将石墨烯样品放置于机械剥离装置中，通过机械剥离的方式将其剥离成石墨烯粉末。
该方法制备的石墨烯粉末质量较高，但制备过程中需要大量的时间和人力，且成本较高。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的石墨烯粉体制备方法。
其原理是将石墨烯前体物质在高温下分解，生成石墨烯粉末。
具体操作是将石墨烯前体物质放置于化学气相沉积装置中，通过高温分解的方式制备石墨烯粉末。
该方法制备的石墨烯粉末质量较高，且制备过程简单，但需要高温条件，且前体物质的选择和处理对制备效果有较大影响。
3. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种常用的石墨烯粉体制备方法。
其原理是将氧化石墨烯还原成石墨烯粉末。
具体操作是将氧化石墨烯样品放置于还原剂中，通过还原的方式制备石墨烯粉末。
该方法制备的石墨烯粉末质量较高，且制备过程简单，但需要还原剂的选择和处理对制备效果有较大影响。
4. 水热法水热法是一种常用的石墨烯粉体制备方法。
其原理是将石墨烯前体物质在高温高压水环境中分解，生成石墨烯粉末。
具体操作是将石墨烯前体物质放置于水热反应器中，通过高温高压水环境的作用制备石墨烯粉末。
该方法制备的石墨烯粉末质量较高，且制备过程简单，但需要高温高压条件，且前体物质的选择和处理对制备效果有较大影响。
总之，石墨烯粉体制备工艺有多种，每种方法都有其优缺点和适用范围。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的制备方法，以获得高质量的石墨烯粉末。
石墨烯的制备方法
一．文献综述随着社会的发展，人们对材料的要求越来越高，碳元素在地球上分布广泛,其独特的物理性质和多种多样的形态己逐渐被人类发现、认识并利用。
1924年确定了石墨和金刚石的结构;1985年发现了富勒烯；1991年发现了碳纳米管；2004年,曼彻斯特大学Geim等成功制备的石墨烯是继碳纳米管被发现后富勒烯家族中又一纳米级功能性材料，它的发现使碳材料领域更为充实,形成了从零维、一维、二维到三维的富勒烯、碳纳米管、石墨烯以及金刚石和石墨的完整系统。
而2004年至今,关于氧化石墨烯和石墨烯的研究报道如雨后春笋般涌现，其已成为物理、化学、材料学领域的国际热点课题。
制备石墨烯的方法有很多种，如外延生长法，氧化石墨还原法，CVD法，剥离-再嵌入-扩涨法以及有机合成法等。
在本文中主要介绍氧化石墨还原法。
除此之外，还对其的一些性能进行表征。
二．石墨烯材料2.1石墨烯材料的结构和特征石墨烯(gr即hene)是指碳原子之间呈六角环形排列的一种片状体,由一层碳原子构成,可在二维空间无限延伸,可以说是严格意义上的二维结构材料,同时,它被认为是宇宙上最薄的材料[`2],也被认为是有史以来见过的最结实的材料。
ZD结构的石墨烯具有优异的电子特性,且导电性依赖于片层的形状和片层数,据悉石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,可运用于导电高分子复合材料,这也使其在微电子领域、半导体材料、晶体管和电池等方面极具应用潜力。
有专家指出,如果用石墨烯制造微型晶体管将能够大幅度提升计算机的运算速度,其传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。
近日,某科技日报称,mM的研究人员展示了由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管(FET),经测试,其截止频率可达100吉赫兹(GHz),这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。
石墨烯的导热性能也很突出,且优于碳纳米管。
石墨烯的表面积很大,McAlliste:等通过理论计算得出石墨烯单片层的表面积为2630扩/g,这个数据是活性炭的2倍多,可用于水净化系统。
石墨烯制备
外延生长法
优点：能够制备出1—2碳原子层厚的石墨烯；
制得的石墨烯表现出较高的载流子迁移率等特性； 用于以SiC为衬底的石墨烯器件的研究。
缺点：SiC单晶衬底价格昂贵；SiC上的石墨烯难转移；
所制石墨烯无量子霍尔效应；难以获得大面积、 厚度均一的石墨烯（由于SiC晶体表面结构较为复杂）
化学合成法
以小分子或大分子有机物为前驱体，在碱金属催化 或环化脱氢等工艺条件下自下而上的石墨烯制备方法。
基本过程：
a 由环化脱氢过程得到连续的稠环芳烃结构 b 通过Diels-Alder反应、Pd催化的
Hagihara-Sonogashira等先合成六苯并蔻(HBC) c 在FeCl3等作用下环化脱氢得到较大平面的石墨烯
化学合成法
优点：结构完整；
有良好的加工性能； 产物具有质量高、纯度高；
缺点：反应复杂；
石墨烯的制备方法
➢微机械剥离法 ➢氧化石墨还原法 ➢外延生长法 ➢化学合成法 ➢化学气相沉积法
微机械分离法
⑴ 在高定向HOPG(热解石墨)表面用氧等离子 干刻蚀进行离子刻蚀，在表面刻蚀出一定大小 的微槽。 ⑵ 将其用光刻胶粘到玻璃衬底上。 ⑶ 用透明胶带进行反复撕揭, 去除多余HOPG。 ⑷ 将粘有微片的玻璃衬底放入丙酮溶液中超声 ⑸ 将单晶硅片放入丙酮溶剂中,将单层石墨烯 “捞出”。
石墨的氧化方法：Huminers、Brodie、Staudenmaiert 基本原理：用无机强质子酸(如浓硫酸)处理原始石墨， 将强酸小分子插入石墨层间，再用强氧化剂 (如KMn04、KCl04等)对其进行氧化。
还原的方法： 化学还原法、热还原法、 电化学还原法、激光照射还原
氧化石墨还量高，
石墨烯体材料完整地复制了泡沫
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。
石墨烯检测报告(一)
石墨烯检测报告（一）引言概述：石墨烯作为一种新兴的材料，在科学研究和工业应用领域得到了广泛关注。
本文将就石墨烯的检测方法进行深入探讨，包括石墨烯的制备和表征技术，以及常见的石墨烯探测手段。
正文内容：1. 石墨烯的制备技术- 机械剥离法：通过机械剥离石墨烯原料，如石墨，来获得单层或多层的石墨烯片段。
- 化学气相沉积法：在高温下，通过热解石墨烯前体气体，沉积在衬底上，实现石墨烯的制备。
- 液相剥离法：利用氧化剂或还原剂对石墨进行化学反应，使石墨烯分散在液体中，并通过过滤得到石墨烯材料。
2. 石墨烯的表征技术- 原子力显微镜（AFM）：通过扫描样品表面，测量力的变化，获得石墨烯片层的拓扑结构和高度信息。
- 透射电子显微镜（TEM）：利用电子束穿透样品，观察和分析石墨烯的晶体结构和缺陷情况。
- X射线光电子能谱（XPS）：通过测量材料中的光电子能谱，分析材料的化学成分和电子结构。
- 拉曼光谱：利用激光与样品反射、散射和吸收的变化，分析石墨烯的结构和化学键的振动模式。
- 热重分析（TGA）：通过测量材料随温度的质量变化，分析石墨烯的热分解过程和热稳定性。
3. 石墨烯的电学性质检测- 电导率测量：通过测量石墨烯样品的电阻，计算出其电导率，评估石墨烯的导电性能。
- 能带结构分析：利用光电子能谱等技术，研究石墨烯样品的能带结构，探究其导电机制。
- 场效应晶体管测量：利用场效应晶体管（FET）结构，测量石墨烯的电流-电压特性，评估其在电子器件中的应用潜力。
- 导电性显微镜：结合原子力显微镜，对石墨烯样品进行局部电流密度的测量，探究其导电特性的空间分布。
4. 石墨烯的力学性质检测- 纳米压痕测试：利用纳米压痕仪，测量石墨烯的硬度和弹性模量，评估其力学特性。
- 拉伸测试：通过拉伸试验机，对石墨烯进行拉伸破裂实验，获得其拉伸强度和断裂应变。
- 厚度测量：利用原子力显微镜等技术，测量石墨烯的厚度，评估其层间结构和单层特性的存在情况。
碳纳米管和石墨烯的制备和性能
碳纳米管和石墨烯的制备和性能碳纳米管和石墨烯是当今材料领域的热门研究对象。
它们具有独特的结构和性能，在电子学、化学、材料科学、能源等领域有广泛的应用前景。
那么，碳纳米管和石墨烯是如何制备的呢？它们具有哪些特殊的性能呢？一、碳纳米管的制备碳纳米管是由碳元素构成的管状结构，具有很好的导电性和机械强度。
目前，碳纳米管的制备方法主要有以下几种：1.化学气相沉积法化学气相沉积法是一种将碳原子在高温下沉积在金属催化剂表面形成碳纳米管的方法。
在这个过程中，金属催化剂通常采用铁、镍、钴等，碳源采用甲烷、乙烯、丙烯等气体。
此方法制备的碳纳米管成本低廉，但管子的成长方向难以控制，管子结构的单一性难以保证。
2.化学气相沉积-物理溅射复合法化学气相沉积-物理溅射复合法是在气相化学沉积的基础上加入物理溅射的方法。
物理溅射可以产生高能离子束，利于碳原子在金属催化剂表面形成碳纳米管。
此方法制备的碳纳米管管子结构相对单一，但管子的成长方向还是有随机性。
3.电弧重复熔化法电弧重复熔化法是一种以石墨材料为前驱体，在高温高压条件下通过电弧放电产生碳纳米管的方法。
此方法制备的碳纳米管管子结构比较规则，但成本较高。
4.化学还原法化学还原法是通过还原剂将氧化石墨烯还原为石墨烯片层中的碳原子结构之一，从而制备碳纳米管的方法。
此方法成本低廉，制备易于规模化，但管子的长度较短。
二、石墨烯的制备石墨烯是由一层碳原子单元组成的二维晶体，具有高导电性、高机械强度、微观尺度局部弯曲等重要性能。
目前，制备石墨烯的方法主要有以下几种：1.化学气相沉积法化学气相沉积法是将碳源气体在反应室中加热，在金属催化剂表面沉积石墨烯的方法。
该方法成本较低，但制备的石墨烯质量不太稳定。
2.机械剥离法机械剥离法通过机械去除石墨材料的表层，使其分解成一层层的石墨烯。
该方法虽然简单易行，但石墨烯的面积和厚度都不太容易控制。
3.化学氧化还原法化学氧化还原法是采用氧化剂氧化石墨材料，形成氧化石墨烯后，再通过还原剂还原去除氧化物的方法制备石墨烯的方法。
石墨烯制备
优点 • 大面积 • 高质量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
缺点 • 条件比较苛刻 • 过程比较复杂
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化学合成法
2.4化学合成方法
2010年，Mullen课题组 利用自下而上的化学合 成方法制备了石墨烯纳 米带。
1. 以10,100-dibromo9,90-bianthryl单体为前 驱体。
2. 单体热分解成双游离 基
3. 双游离基通过加聚反 应形成线性高分子链。
4. 通过环化脱氢作用形 成石墨烯纳米带。
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化学合成法
自下而上的有机合成法
• 可以制备具有确定结构而且无缺陷的石墨烯纳米带 • 可以进一步对石墨烯纳米带进行功能化修饰
从有机小分子出发制备石墨烯
• 条件比较温和 • 易于控制 • 给连续化批量制备石墨烯提供了可能
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其他方法及总结
除以上介绍的常见制备方法外，还有人研究了利用电弧法、切 割碳纳米管法、气相等离子体生长技术、静电沉积法口、原位自生 模板法等制备石墨烯。如何综合运用各种石墨烯制备方法的优势， 取长补短，解决石墨烯的不稳定性、量产等问题，完善其结构和电 性能是今后研究的热点和难点，也是今后开辟新的石墨烯合成途径 的关键。
2. 升温至生长温度，使碳通过扩散进入金属中
3. 快速降温使碳从金属中偏析出来。
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CVD法
2010年，Bae课题组利用CVD法制备石墨烯，并将其转移到柔 性沉底上，得到尺寸达到30英寸的透明石墨烯电极，可作为触 摸屏幕。
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CVD法
通过化学气相沉积在绝缘表面( 例如SiC) 或金属表 面( 例如Ni) 生长石墨烯, 是制备高质量石墨烯薄膜的重要 手段。
物理方法
1.物理方法
1.1机械剥离法 这类方法是通过机械力从石墨晶体的表面剥离出石墨烯 片层，即直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来。
氧化石墨烯薄膜制备流程及步骤
氧化石墨烯薄膜制备流程及步骤氧化石墨烯薄膜是一种具有很高应用价值的材料，它可以用于柔性电子器件、生物传感器、能源储存等领域。
本文将介绍氧化石墨烯薄膜的制备流程及步骤。
1. 氧化石墨烯的制备方法氧化石墨烯是通过石墨烯经氧化反应得到的。
一般有两种方法：Hummers方法和Brodie方法。
1.1 Hummers方法Hummers方法是一种常用的制备氧化石墨烯的方法，其具体步骤如下：（1）将石墨烯和浓硫酸混合搅拌，使石墨烯表面与硫酸充分接触。
（2）加入硝酸，在搅拌的同时控制温度在5℃以下。
（3）加入冷却的过氧化氢，反应产生强烈的氧化反应，生成氧化石墨烯。
（4）反应结束后，用大量的水稀释反应液，经过过滤、洗涤、干燥等步骤，得到氧化石墨烯。
1.2 Brodie方法Brodie方法是另一种制备氧化石墨烯的方法，具体步骤如下：（1）将石墨粉末和浓硝酸混合，在搅拌的同时加入冰冷的硫酸。
（2）反应产生NO2，将石墨表面氧化。
（3）反应结束后，用大量的水稀释反应液，经过过滤、洗涤、干燥等步骤，得到氧化石墨烯。
2. 氧化石墨烯薄膜的制备方法2.1 涂覆法涂覆法是一种简单易行的方法，其步骤如下：（1）将氧化石墨烯的粉末加入适量的溶剂中，搅拌使其均匀分散。
（2）将溶液均匀涂覆到基底上，使其干燥。
（3）重复涂覆、干燥步骤，直至得到所需厚度的薄膜。
2.2 化学气相沉积法（CVD法）CVD法是一种高温下的化学反应过程，其步骤如下：（1）将氧化石墨烯粉末放置于高温炉中，使其加热至700℃以上。
（2）将一种或多种含有碳源的气体（如甲烷、乙烯等）流入反应室中。
（3）碳源气体在高温下分解，形成石墨烯，与氧化石墨烯表面的氧化物反应，生成氧化石墨烯薄膜。
2.3 水热法水热法是一种低温合成方法，其步骤如下：（1）将氧化石墨烯粉末加入适量的溶剂中，加热至适当温度。
（2）将还原剂（如氢气、氨气等）加入反应体系中。
（3）还原剂在水热条件下还原氧化石墨烯，得到石墨烯薄膜。
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。
石墨烯海水淡化膜进行海水淡化的原理
石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有优异的力学性能和导电性能。
石墨烯海水淡化膜利用石墨烯的独特结构和性能，可以有效地将海水中的盐分和杂质去除，从而实现海水淡化的目的。
本文将从石墨烯海水淡化膜的原理入手，对其进行详细的介绍。
1. 石墨烯的结构石墨烯是一种具有二维晶格结构的材料，其碳原子以蜂窝状的六角网格排列，形成了稳定的结构。
由于石墨烯材料的特殊结构，使其具有极大的比表面积和高度的柔韧性，这使得石墨烯在海水淡化膜中具有独特的优势。
2. 石墨烯海水淡化膜的制备石墨烯海水淡化膜通常采用化学气相沉积法或化学氧化还原法制备。
在化学气相沉积法中，石墨烯通过化学气相沉积的方法沉积在支撑膜上，形成石墨烯海水淡化膜。
在化学氧化还原法中，石墨烯经过氧化和还原的化学过程，最终形成海水淡化膜。
3. 原理石墨烯海水淡化膜的原理主要包括两个方面：孔径排列和离子交换。
3.1 孔径排列石墨烯海水淡化膜上的孔径排列是实现海水淡化的关键。
石墨烯具有非常小的孔径，可以有效地阻挡盐分和杂质的通过，使得海水在通过海水淡化膜时，大部分的盐分和杂质被滤除，从而得到淡化水。
3.2 离子交换通过海水淡化膜上的石墨烯材料，可以实现离子的交换。
石墨烯具有优异的电导率和化学活性，可以吸附并交换海水中的离子，使得海水中的盐分得到去除，同时低浓度的溶质也能被有效地去除。
4. 优势石墨烯海水淡化膜相比传统的海水淡化膜具有明显的优势。
4.1 高效性由于石墨烯材料具有极大的比表面积和优异的电导率，海水淡化膜能够以更高的效率去除海水中的盐分和杂质，从而实现更高效的海水淡化过程。
4.2 耐久性石墨烯具有极强的力学性能和化学稳定性，使得海水淡化膜具有更长的使用寿命和更好的耐久性。
4.3 可再生性石墨烯是一种可再生的材料，可以通过简单的再生工艺使得海水淡化膜具有更好的再利用性。
5. 应用前景石墨烯海水淡化膜的研发和应用具有广阔的应用前景。
5.1 可再生能源开发海水淡化是解决淡水资源短缺问题的重要途径，石墨烯海水淡化膜可以为可再生能源开发提供更多的淡水资源，推动可再生能源的发展。
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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。
虽然碳的三维(石墨和金刚石)、零维(富勒烯)和一维(碳纳米管)同素异形体都相继被发现，但作为二维同素异形体的石墨烯长期以来被认为由于热力学上的不稳定性而难以独立存在，在实验上难以获得足够大的高质量样品，因此石墨烯的研究一直处于理论探索阶段。
直到2004年，英国曼彻斯特大学的科学家利用胶带剥离高定向热解石墨(HOPG)获得了独立存在的高质量石墨烯，并提出了表征石墨烯的光学方法，对其电学性能进行了系统研究，发现石墨烯具有很高的载流子浓度、迁移率和亚微米尺度的弹道输运特性，从而掀起了石墨烯研究的热潮。
石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构，是构成其他维数碳材料的基本结构单元。
石墨烯可以包覆成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨。
由于独特的二维结构特征和极佳的晶体学质量，石墨烯的载流子表现出类似于光子的行为，为研究相对论量子力学现象提供了理想的实验平台，此外石墨烯还具有优异的电学、光学、热学、力学等特性，因此在场效应晶体管、集成电路、单分子探测器、透明导电薄膜、功能复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广阔的应用前景。
图1 CVD法生长石墨烯的渗碳烯碳机制与表面生长机制示意图材料的制备是研究其性能和探索其应用的前提和基础。
尽管目前已经有多种制备石墨烯的方法，石墨烯的产量和质量都有了很大程度的提升，极大促进了对石墨烯本征物性和应用的研究，但是如何针对不同的应用实现石墨烯的宏量控制制备，对其质量、结构进行调控仍是目前石墨烯研究领域的重要挑战。
本文首先简要介绍了石墨烯的几种主要制备方法的原理和特点，继而详细地评述了近两年发展起来的化学气相沉积(CVD)制备方法及其相应的石墨烯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。
2石墨烯的主要制备方法胶带剥离法(或微机械剥离法):2004年由英国曼彻斯特大学的Gem研究组发展的一种制备石墨烯的方法，它利用胶带的粘合力，通过多次粘贴将HO PG,鳞片石墨等层层剥离，然后将带有石墨薄片的胶带粘贴到硅片等目标基体上，最后用丙酮等溶剂去除胶带，从而在硅片等基体上得到单层和少层的石墨烯}t is。
该方法具有过程简单，产物质量高的优点，所以被广泛用于石墨烯本征物性的研究，但产量低，难以实现石墨烯的大而积和规模化制备。
化学剥离法:利用氧化反应在石墨层的碳原子上引入官能团，使石墨的层间距增大，从而削弱其层间相勺_作用，然后通过超声或快速膨胀将氧化石墨层层分离得到氧化石墨烯，最后通过化学还原或高温还原等方法去除含氧官能团得到石墨烯}‘5‘6]。
该方法是目前可以宏量制备石墨烯的有效方法，并目_氧化石墨烯可很好地分散在水中、易于组装，因此被广泛用于透明导电薄膜、复合材料以及储能等宏量应用研究。
然而，氧化、超声以及后续还原往往会造成碳原子的缺失，因此化学剥离方法制备的石墨烯含有较多缺陷、导电性差。
碳化硅(Sf)外延生长法:利用硅的高蒸汽压，在高温(通常>1 400 0C)和超高真空(通常<10 }Pa)条件下使硅原子挥发，剩余的碳原子通过结构重排在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；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。