Fe-Ni-Cr膜上石墨烯的制備、生長(zhǎng)過程及其場(chǎng)發(fā)射特性研究.pdf

1、本文利用微波等離子體化學(xué)氣相沉積方法制備了石墨烯薄膜。通過對(duì)不同種類和結(jié)構(gòu)的催化劑膜上制備出不同結(jié)構(gòu)的碳膜,并對(duì)不同結(jié)構(gòu)的碳膜的生長(zhǎng)過程進(jìn)行了研究;對(duì)石墨烯薄膜進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射特性探討分析,找到場(chǎng)發(fā)射特性較好的石墨烯薄膜。通過研究,獲得的結(jié)論如下:
　　 1、Ni膜上碳膜結(jié)構(gòu)的研究:通過對(duì)Ni膜厚度及不同沉積溫度分別對(duì)Ni膜上碳膜結(jié)構(gòu)的影響研究發(fā)現(xiàn),Ni膜的厚度越小,同樣溫度下形成的顆粒尺寸也越小,較小的顆粒尺寸有利于納米碳結(jié)構(gòu)的生成

2、,但碳結(jié)構(gòu)的類型差別不大;500℃制備的樣品主要是包裹在Ni顆粒上的納米石墨片,而400℃制備的樣品是納米石墨片和碳納米管復(fù)合物;可以得出結(jié)論:在Ni膜上沒有制備出石墨烯薄膜。
　　 2、Fe-Ni-Cr膜上碳膜結(jié)構(gòu)的研究:通過多次實(shí)驗(yàn)在Fe-Ni-Cr膜沉積碳膜并進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM),Raman光譜和透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行表征,得出結(jié)論:在一定的PECVD條件下可以制備出少層石墨烯結(jié)構(gòu)。
　　 3、Fe-

3、Ni-Cr膜厚度和不同襯底對(duì)石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)的影響:通過對(duì)催化劑膜的不同厚度和三種不同襯底對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)的影響研究發(fā)現(xiàn),用Fe-Ni-Cr膜在一定的厚度范圍內(nèi)作為催化劑可以制備石墨烯。10 min時(shí)的Fe-Ni-Cr膜較適宜碳膜的生長(zhǎng);不同襯底上均制備出質(zhì)量較好的石墨烯薄膜。
　　 4、Fe-Ni-Cr對(duì)石墨烯催化生長(zhǎng)過程的探討:催化劑顆粒的大小影響石墨烯的生長(zhǎng)速度和結(jié)構(gòu)特征,粒度越小,生長(zhǎng)速度越快,越有利于石墨烯的生長(zhǎng)。Fe-Ni

4、-Cr膜在CVD生長(zhǎng)過程會(huì)由于高溫會(huì)再結(jié)晶成更大的顆粒。硅襯底的粗糙度約為0.9 nm,陶瓷襯底的粗糙度約為2μm,粗糙的表面阻礙了Fe-Ni-Cr顆粒的長(zhǎng)大。兩種襯底上催化劑的粒度分別約為20 nm和100 nm,相應(yīng)的硅襯底上10min后石墨烯才停止生長(zhǎng),而陶瓷襯底上生長(zhǎng)1min后石墨烯片基本上就不再長(zhǎng)大,并且由于催化劑粒度小,石墨烯的密度更大,層數(shù)更少。
　　 5、石墨烯薄膜場(chǎng)發(fā)射性能:對(duì)在單晶硅襯底、陶瓷襯底和不銹鋼片襯