基于同步輻射動態(tài)表征技術(shù)的石墨烯原位生長研究.pdf

1、石墨烯，一種重要的單原子層厚度的二維碳結(jié)構(gòu)，由于其超高的本征載流子遷移率、機械強度、熱傳導(dǎo)和透光性等特殊的性能，已經(jīng)引起了許多研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。生長大面積高質(zhì)量單層和多層石墨烯是拓展其在納米電子器件、生物醫(yī)藥、太陽能電池、超級電容器和薄固體潤滑劑等領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。然而，最早報道的從石墨上剝離出石墨烯的方法受限于其微米尺寸的大小和低產(chǎn)量。還原氧石墨法兼具低成本和高產(chǎn)出的優(yōu)點，可是這種方法制備的石墨烯表現(xiàn)出較差的電性能。相比之下，碳化硅襯

2、底上可以生長出大面積高質(zhì)量的石墨烯，但是碳化硅晶圓價格昂貴，而且生長過程需要在高溫高真空條件下進行，增大了制備過程的成本。最近發(fā)展出的利用化學(xué)氣相沉積法在過渡金屬表面（包括鎳、銅、釕和鉑）生長石墨烯的方法滿足了人們對石墨烯的需求。在這些催化金屬中，鎳和銅由于其廉價易得和生長可控的優(yōu)點，成為優(yōu)先選擇。由于碳在銅中極低的溶解度，銅基化學(xué)氣相沉積是一個表面催化過程，導(dǎo)致生長的石墨烯基本上都是單層。而鎳在高溫條件下碳的溶解度高，碳原子在鎳晶格里

3、擴散和沉積，根據(jù)不同實驗條件，鎳襯底可以析出單層和多層的石墨烯。
　　然而，由于缺少對詳細的生長機制和原位過程的深入理解，對生長的控制還停留在最初的階段，還不能很好的控制石墨烯在鎳表面的生長。對化學(xué)氣相沉積過程的優(yōu)化主要集中在以經(jīng)驗為主的對碳源劑量和溫度的調(diào)控上。同步輻射的高亮度、能量可調(diào)、相干性好以及超大的設(shè)備集成空間等優(yōu)點在納米材料的動態(tài)表征領(lǐng)域具有很多優(yōu)勢。相對于常規(guī)表征技術(shù)，基于同步輻射的表征技術(shù)為原位、實時的材料研究提供

4、了強大的技術(shù)支持。因此，我們基于上海同步輻射光源14B線站，搭建了一種具有可控溫度為室溫到1400℃的原位x射線測試樣品臺，可以實現(xiàn)待測樣品的升溫、熱處理和降溫過程的原位x射線衍射研究。同時，我們也搭建了一種可進行熱化學(xué)氣相沉積的原位表征裝置，為實現(xiàn)石墨烯原位生長研究提供了設(shè)備支持。
　　基于自主搭建的原位化學(xué)氣相沉積裝置和上海同步輻射光源14B線站的亞秒時間分辨探測裝置，我們利用原位二維掠入射x射線衍射技術(shù)研究了鎳基化學(xué)氣相沉積