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不同基底上CVD法制备石墨烯薄膜的工艺及结构表征
摘要：
石墨烯作为一种新型的二维材料，具有优异的电子、热传导和机械性能等优点，在电子器件、能源储存等领域有很大的应用前景。本文就不同基底上CVD法制备石墨烯薄膜的工艺及结构表征进行综述。首先，介绍了CVD法的基本原理、工艺流程及不同基底对石墨烯制备的影响；其次，阐述了利用不同测试手段对石墨烯薄膜结构进行表征的方法和结果。最后，对不同基底CVD制备石墨烯薄膜的发展和应用前景进行展望。
关键词：石墨烯；CVD法；基底；结构表征
引言：
石墨烯是一种由碳原子组成的单层平面晶格材料，由于其高度的结构稳定性和性能优异，受到了广泛的关注。CVD法是制备石墨烯的主要方法之一，其主要优点在于制备规模大、成本低廉、可控性好等优点。本文将综述不同基底下CVD法制备石墨烯的工艺及结构表征。
一、CVD法的基本原理和工艺流程
1.原理
CVD法是利用高温物理或化学反应在基底表面上沉积材料薄膜的一种技术方法。其原理是在高温下将挥发性气体或气体混合物引入反应室中，使其与基底表面反应，在表面上沉积出固态薄膜。
2.工艺流程
（1）基底表面清洗，去除杂质和污染物。
（2）基底加热至一定温度，一般在600-1000℃之间。
（3）用载气将预测气体送入反应室中。
（4）在反应室中充分混合气体，并与基底表面进行反应。
（5）随着反应的继续，物质不断沉积于基底表面，形成膜层。
二、不同基底对石墨烯制备的影响
1.金属基底
基于CVD法制备石墨烯最常用的基底是金属基底，如铜、镍、钯等。这些金属基底在高温下易于催化碳源气体分子的裂解和反应。铜是目前用于CVD制备石墨烯最常用的基底之一，可在800℃时形成较高质量的石墨烯。而镍或钯等金属基底则需要较高的反应温度来获得高质量的石墨烯。
2.氮化硅基底
氮化硅基底是一种高温稳定的非金属基底，由于其在高温下的稳定性较好，且降低了金属基底和压力容器反应的可能性，因此更适合用于石墨烯的CVD制备。氮化硅基底的制备温度和反应气氛同金属基底相似。
三、石墨烯薄膜结构表征
1.TEM测量
透射电子显微镜（TEM）是一种有效的表征石墨烯薄膜结构的手段，它可以精确定位样品中石墨烯的位置，并提供其高分辨率、高对比度的形态结构图像，同时可以获得石墨烯中单个原子、缺陷、五、七元环的分布等信息。TEM测量的主要限制是需要先制备一片薄膜，需要较高的技术难度。
2.AFM测量
原子力显微镜（AFM）常用于针对小尺寸样品的形态结构表征。它通过扫描样品表面，并记录在表面探头与样品间的相互作用力，建立样品的三维形貌，提供石墨烯薄膜的厚度、粗糙度等信息，可以直观地显示石墨烯薄膜的各项参数，同时检测到缺陷、掺杂等结构信息。
3.Raman测量
拉曼光谱是一种非破坏性的光学分析技术，可在不破坏样品的情况下获得有关材料的振动信息和结构信息。用于分析石墨烯薄膜结构时，可以获得石墨烯中的G峰、2D峰等信息，同时预估其质量、层数、掺杂等信息。
四、结论与展望
CVD法已成为目前制备石墨烯薄膜的主流方法之一，而基底材料的选择和表征是影响石墨烯制备结果和应用性能的重要因素之一。多种测试手段的结构表征实验结果表明，金属基底和氮化硅基底是制备高质量石墨烯的主要基底材料，而部分其他基底如氧化镁、锗等也逐渐得到更多研究和应用。在未来，应该有更多的研究关注于探究不同基底对石墨烯性能的影响、寻找更适宜制备高质量薄膜的基底材料；同时，也应该进一步开发和完善表征石墨烯薄膜性质的新技术，为石墨烯应用开发提供更多更准确的结构信息。