石墨烯的常压化学气相沉积法可控制备.docx

石墨烯的常压化学气相沉积法可控制备
石墨烯的常压化学气相沉积法可控制备
摘要：
石墨烯是一种具有独特结构和优异性能的二维材料，对其可控制备方法的研究一直是材料科学领域的热点。常压化学气相沉积(CVD)方法是一种高效、可扩展的石墨烯制备方法，通过调控反应条件和底物表面特性，可以实现对石墨烯的精确控制，获得高质量的石墨烯。
关键词：石墨烯；常压化学气相沉积；可控制备
引言：
石墨烯是由碳原子以sp2杂化方式形成的具有二维晶体结构的材料，具有优异的导电性、热导性和机械性能，其特殊的带电子结构使其在催化、传感、能源和电子器件等领域具有广泛的应用前景。然而，如何实现石墨烯的可控制备一直是科学家们关注的问题。目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、物理气相沉积法和化学还原法等。相比其他方法，化学气相沉积法是一种高效可扩展的方法，能够在大面积、低成本的条件下制备高质量的石墨烯。
常压化学气相沉积法制备石墨烯的原理：
常压化学气相沉积法是一种通过高温分解气体前体在底物表面形成石墨烯的方法。在CVD过程中，通常使用一种含碳的气体（如甲烷、乙烯等）作为碳源，将其注入到高温反应室中，并与底物表面发生反应，产生碳原子堆积作为石墨烯的基础。同时，还需要一种载气（如氢气、氮气等）来调控气氛，使反应体系保持稳定。在恰当的温度和气氛下，碳源分解生成的碳原子会在底物表面扩散，形成石墨烯薄膜结构。
常压化学气相沉积法制备石墨烯的步骤：
1.清洗底物表面：在进行CVD反应之前，需要对底物进行表面清洗，以去除表面的杂质和氧化物，提高石墨烯的质量。
2.设置反应条件：对于CVD反应来说，反应温度、气体流量和反应时间等因素都会对制备的石墨烯的质量产生影响。因此，在实验前需要对反应条件进行充分的优化。
3.施加预处理：为了提高石墨烯形成的效率和质量，可以在反应之前进行预处理。常用的预处理方法包括热处理、表面改性等。
4.进行反应：将底物放置在CVD反应室中，加热至一定温度后，将碳源和载气引入反应室，保持一定的反应时间，并控制气氛稳定。
5.退火处理：在反应结束后，进行退火处理可以使得石墨烯表面更加光滑，并提高其导电性。
6.临界清除：在石墨烯生长过程中可能会有部分杂质跟随而来，因此需要进行一定程度的清除，增加石墨烯的纯度。
常压化学气相沉积法的优势：
-高效可扩展：CVD方法可以在大面积、连续制备高质量的石墨烯，适用于工业化生产。
-精确控制：通过调节反应条件和底物表面特性，可以实现对石墨烯形成过程的精确控制，获得具有特定性能的石墨烯材料。
-多样性：CVD方法可以在不同的底物上进行石墨烯的制备，包括金属基底、氧化硅基底等。
-易于应用：相比其他制备方法，CVD方法操作简单，易于实现，可以进行批量生产。
结论：
石墨烯的常压化学气相沉积法是一种高效、可扩展的石墨烯制备方法。通过调控反应条件和底物表面特性，可以实现对石墨烯的精确控制，获得高质量的石墨烯。常压化学气相沉积法具有高效可扩展、精确控制、多样性和易于应用等优势，有望在石墨烯的制备和应用领域发挥重要作用。
参考文献：
1.Zhang,Y.,Zhang,L.,Zhou,C.ReviewofchemicalvapordepositionofgrapheneandrelatedapplicationsAcc.Chem.Res.2013,46,2329-2339.
2.Li,X.,etal.Large-areagraphenesinglecrystalsgrownbylow-pressurechemicalvapordepositionofmethaneoncopperJ.Am.Chem.Soc.2009,131,15939-15944.
3.Bae,S.,Kim,H.,Lee,Y.,Xu,X.,Park,J.-S.,Zheng,Y.,Balakrishnan,J.,Lei,T.,Kim,H.R.,Song,Y.I.,Kim,Y.-J.,Kim,K.S.,Ozyilmaz,B.,Ahn,J.-H.,Bae,S.,Kim,H.,Lee,Y.,Xu,X.,Park,J.-S.,Zheng,Y.,…Ahn,J.-H.(2010).Roll-to-RollProductionof30-InchGrapheneFilmsforTransparentElectrodes.NatureNanotechnology,5(8),574–578.
4.Xu,X.,Li,Z.,Liang,T.,Shi,Y.,Chen,J.,Chen,X.,Wu,D.,Wang,C.,&Guo,Z.(2014).UltrathinGrapheneFilmswithControlledNucleationandGrowthbyLow-Pressur