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石墨烯拥有出色的光学、电学、力学性能与结构特征,因其独特的学术价值与潜在的应用价值,引起了科研工作者们的广泛关注。自2009年在铜箔上通过化学气相沉积法成功生长出石墨烯,石墨烯的可控生长就进入了新篇章。基于目前化学气相沉积法生长石墨烯的研究现状而言,单晶石墨烯的制备要求远远高于多晶石墨烯。现在,大面积高质量的多晶石墨烯薄膜已逐步产业化。而大面积单晶石墨烯目前还处于实验室摸索阶段,与实际应用上还存在着巨大的鸿沟。本课题研究了无晶界存在的石墨烯单晶的制备与基于多晶石墨烯的表面改性及其氨气气敏特性。通过直流磁控溅射工艺与退火工艺,成功制备了基于α-Al2O3(0001)基底(即C向蓝宝石基底)的铜(111)单晶基底,并在单晶铜衬底上通过常压化学气相沉积法制备出了取向一致、形状规则、连接处无晶界的石墨烯单晶。通过紫外臭氧的处理方式对高质量单层多晶石墨烯薄膜表面进行改性,研究其润湿性、方块电阻、缺陷度、官能团等变化,制备了电阻式气敏传感器,研究了 UVO改性石墨烯器件对氨气的气敏性能。本文主要研究内容包括:通过对直流磁控溅射工艺与退火工艺的摸索,制备了基于α-AbO3(0001)基底的铜(111)单晶基底,探讨了基底处理、溅射时间、溅射温度、退火温度对单晶铜薄膜的表面形貌、择优取向的影响。该制备方法下,铜薄膜生长速率快,约为0.37 nm/s,制备得到的铜(111)单晶基底表面整体平整,表面粗糙度Rms为0.778 nm,整个基底内晶向一致,对应铜(111)取向,且未观察到孪晶界。最优的铜(111)/蓝宝石基底的制备参数为:①基底选取羟基终结的c向蓝宝石基底;②溅射过程:溅射功率100 W,溅射时间40 min,溅射气压11Pa,溅射气流20 sccm氩气,溅射温度180℃;③退火过程:退火温度1050℃,退火氛围H2:Ar=30 sccm:300sccm,退火时间120min。通过在退火铜箔上对常压化学气相沉积法制备单晶石墨烯的参数进行摸索,在铜(111)/蓝宝石基底上制备出了形状较规则的六边形,取向排布基本一致,相连接的石墨烯晶粒之间不存在晶界的石墨烯单晶。利用低压化学气相沉积法制备出了大面积、高质量的单层多晶石墨烯。通过紫外臭氧这一简单便捷的处理方式对石墨烯薄膜进行改性,石墨烯的改性体现在如下方面:改善了石墨烯薄膜的润湿性,石墨烯薄膜由疏水性转变为亲水性;石墨烯薄膜的方块电阻出现一个先减小后增大的趋势;随着UVO处理时间的增长,石墨烯缺陷度呈线性增加;通过紫外臭氧改性,不仅减少了石墨烯表面的污染物,更引入了羧基(-COOH)、C-O键与羟基(-OH)等含氧官能团。此外,本文还制备了电阻式气敏传感器,对UVO改性石墨烯的氨气气敏性能进行了研究。UVO改性能有效地提升了石墨烯对氨气的传感性能,UVO处理18 min的石墨烯器件的响应度最高,其响应速度较其他器件更快,解吸附时间更短。对于20 ppm氨气,UVO改性石墨烯器件的响应能力最高可达本征石墨烯器件的2.08倍。其改性器件最佳的工作温度为20℃,50 ppm时,UVO改性的石墨烯器件的响应度可达17.0%,而在50℃时其响应度仅有10.7%。在温度为40℃,测试浓度为200ppm时,UVO改性的石墨烯器件对于氨气的响应度分别是乙醇、甲醇、丙酮的11.9倍、47.4倍、78.6倍,显示了其较好的气体选择性。