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。

5、典型制备参数的归纳对比

6、参考文献

Teng, M.; Wen, C. R.; Zhi, B.L.; Le, H.; Lai, P. M.; Xiu,L. M.; Zhi,Y. Z.;Lian,M. P.; Hui,M. C. Repeated Growth_Etching_Regrowth for Large-Area Defect-Free Single-Crystal Graphene by Chemical Vapor Deposition. ACS Nano 2014, 8 , 12806–12813.

CVD 制备金刚石：

1、采用方法的原理：

N掺杂制备具有氮中心空位缺陷的金刚石，由于金刚石具有C3v对称性，氮空位就演着4个不同的111晶体轴方向生长。113晶向在一定的CVD生长环境下可以在取向为111的衬底上作为替代位。由于气象的氮气的加入，将金刚石的生长速率从0ppm的15um/h提高了到了

50um/h。

2、典型过程：

用激光在与顶面成25.2°角切割出两个平行的平面。

在自制的反应器中用优先100晶向生长沉积条件进行等离子体辅助化学气相沉积，这包括3.5kw,2.5mbara的高能密度，900摄氏度的温度和氢气甲烷比为96/4的混合气体。加入从0到500ppm的低氮气量来调节氮空位密度

3、设备示意图

Procedure for preparing cylindrical (113) plates from a (100) HPHT diamond crystal.

(a) 2 parallel planes are laser-cut with a 25.2° angle, (b) a 2.4 mm-diameter cylinder is laser-cut, (c) the resulting (113) cylinder is polished on both sides

4、产物的性能或形貌

得到了非常规晶体取向（113）的金刚石，这个取向是适合获得毫米级厚度高质量的金刚石晶体。此外氮空位缺陷引入到113生长的金刚石薄膜具有较长的时间想干和在四个可能的方向上有一个占73%的更优取向，使这种材料具有在量子力学应用方面的潜力。

5、典型制备参数的归纳对比

6、参考文献

M. Lesik, T. Plays, A. Tallaire, J. Achard, O. Brinza, L. William, M. Chipaux, L. Toraille, T. Debuisschert, A. Gicquel, J.F. Roch, V. Jacques. Preferential orientation of NV defects in CVD diamond films grown on (113)-oriented substrates. Diamond & Related Materials. 2015.05.003 CVD制备碳纳米管

1、采用方法的原理

采用水辅助化学气相沉积法制备各种相貌的碳纳米管。将不同厚度的镍镀层喷溅到Al基底上。在700摄氏度通入氢气生长Ni纳米粒子，为了碳纳米管的生长加入氩气和乙炔。

2、典型过程

采用水辅助CVD生长，温度随时间先升高后降低。不同厚度的Ni薄膜分别通过两个不同的装置系统喷射沉积得到。将衬底放入CVD反应的单管式炉中。一个炉通氩气、氢气、水蒸气和乙炔（碳源），它们的流速比为

Ar/H2/C2H2：100/100、20由高精度的智能流量控制器控制。氩气的温度从CVD反应的开始就加热到了700摄氏度，然后冷却到室温。氩气作为惰性气体，传输烟尘、碳和水蒸气。氢气作为氧化物的还原剂，提高催化率。

3、设备示意图

4、产物的性能或形貌