论文部分内容阅读
石墨烯是一种新型的二维纳米材料,其拥有独特的结构并表现出优异的光电性能,因而一经发现便成为全世界范围内的研究热点,并被认为是制备透明导电薄膜（TCF）最有前途的材料之一。石墨烯薄膜的制备方法主要有湿法和干法两大类。湿法包括旋涂、喷涂、抽滤沉积等,其优点是制备简单,成本低廉,缺点是薄膜缺陷多,导电性差。干法即化学气相沉积（CVD）法,该法发展成熟,但是成本较高。本论文针对干湿法的缺点,研究了利用等离子体增强的化学气相沉积（PECVD）法制备石墨烯薄膜和修复还原氧化石墨烯（RGO）薄膜的方法制备高质量的石墨烯薄膜,并对石墨烯薄膜的性能做了研究。本论文首先采用了PECVD法制备石墨烯薄膜,等离子体参与石墨烯的生成可以增强反应物的活性,降低反应温度,缩短反应时间,而且具备了直接在介电衬底材料上成膜的优点,这对于未来石墨烯TCF的工业化生产有着巨大的帮助。本论文通过系统的研究,探索出了利用PECVD法制备石墨烯薄膜的优化工艺参数,即低温下及引入氢气制备石墨烯薄膜,其质量更高。另一方面,本论文采用修复还原氧化石墨烯（RGO）的方法来制备石墨烯薄膜。湿法制备的RGO薄膜有较多缺陷,已报导的CVD法,PECVD法以及高温石墨化法都能有效修复RGO中的缺陷。其中PECVD可将修复温度降至560℃的低温。然而PECVD法修复RGO的可控性及深入研究却少有报道。本论文采用PECVD法修复RGO薄膜,将氢气引入到纯甲烷等离子体中,研究了RGO薄膜修复和刻蚀之间的平衡。研究结果表明,氢气具有修复RGO薄膜中抑制无定形碳形成的重要作用,RGO薄膜最有效的修复温度略高于修复-刻蚀平衡温度。此外,本论文还通过第一性原理计算阐释了等离子体氛围中CH和CH2自由基是修复RGO薄膜空位缺陷的主要反应途径。虽然,当前石墨烯TCF距离产业化应用还有很长的一段时间,但随着对石墨烯生长机制和RGO修复机理进一步深入的研究,将有望获得大尺寸高质量的石墨烯TCF,为高性能石墨烯的制备与应用带来突破性进展。