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CVD石墨烯的可控生长与机理研究的开题报告
一、选题背景与意义
石墨烯是一种薄而坚韧的二维材料，具有超高的电导率、热导率、机械强度和表面反应能力等优异特性，因此在电子器件、传感器、能源、催化等领域具有广泛应用前景。CVD石墨烯是目前制备大面积石墨烯的最主流方法之一，但其生长机理繁杂，很难控制生长，从而造成了石墨烯质量不稳定的问题。
因此，开展CVD石墨烯的可控生长与机理研究，对于探究石墨烯生长机理，获得高质量石墨烯，提高石墨烯在各领域的应用效果，具有重要的实践意义。
二、研究目标和内容
本次研究旨在探究CVD石墨烯的可控生长与机理，解析石墨烯生长过程中的关键因素和机制，为获取高质量石墨烯提供理论指导和实践基础。具体的研究内容包括：
1.CVD石墨烯生长条件的探究：对CVD石墨烯生长过程中影响石墨烯质量的因素进行筛选，如基底材料、温度、压力等。
2.石墨烯生长机理的分析：通过原位表征手段、理论计算等方法，深入剖析石墨烯生长过程中的化学反应，探究关键反应中的催化作用、扩散作用等因素的作用机理。
3.石墨烯结构与性能的表征分析：采用扫描电镜、拉曼光谱、电子传输性质测试等手段对合成的石墨烯进行形态学与结构表征，探究其电学、光学、热学等性质。
三、研究方法和技术路线
本研究将采用以下研究方法和技术：
1.CVD石墨烯合成方法；
2.原位多技术手段监测石墨烯生长过程；
3.理论计算方法，以第一性原理计算为主；
4.扫描电镜、拉曼光谱、电子传输性质测试等表征手段。
技术路线如下：
1.制备超薄Ni薄膜；
2.对石墨烯生长过程中的温度、气源流量等参数进行优化调节；
3.原位使用紫外光电子能谱（UPS）和X射线光电子能谱（XPS）技术监测石墨烯生长过程中C源的催化作用；
4.利用密度泛函理论计算石墨烯生长过程中的化学反应机制和能垒；
5.利用扫描电镜、拉曼光谱、电子传输性质测试等手段对石墨烯粉末、薄膜进行形态学与结构表征，探究其电学、光学、热学等性质。
四、预期成果
本研究将通过对CVD石墨烯的可控生长与机理的研究，实现以下预期成果：
1.确定一套可控的CVD石墨烯生长条件体系；
2.揭示石墨烯生长过程中的关键反应机制，研究石墨烯生长过程中的扩散动力学；
3.获得高质量的石墨烯样品，并对其形态学和结构进行详尽的表征。