【摘 要】
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低压化学气相沉积（Low pressure chemical vapor deposition,LPCVD）因易获得高质量的石墨烯而备受关注,但其制备机理明显区别于常压化学气相沉积（Atmospheric pressure chemical vapor deposition,APCVD）。本文基于两组分气体动理学理论,研究微通道内甲烷与氢气混合气体流动传热特性,探讨LPCVD制备石墨烯的微观机制。
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低压化学气相沉积（Low pressure chemical vapor deposition,LPCVD）因易获得高质量的石墨烯而备受关注,但其制备机理明显区别于常压化学气相沉积（Atmospheric pressure chemical vapor deposition,APCVD）。本文基于两组分气体动理学理论,研究微通道内甲烷与氢气混合气体流动传热特性,探讨LPCVD制备石墨烯的微观机制。以下是本文的主要内容:首先,研究了简化LPCVD装置整体流动情况。研究表明,内部微通道的存在对外流场不产生影响,因此可以分别研究微通道内流场与外流场的流动现象。然后,比较了甲烷分子在体相区以及壁面的碰撞率。结果显示随着稀薄程度的增加,壁面甲烷分子碰撞率与体相区的比值增加,结合石墨烯热导率的性质,解释了LPCVD制备石墨烯生长质量较好的原因。最后,研究了温度对石墨烯生长的影响。结果表明努森数（Knudsen number,Kn）减小可以改善内部高温区的分布,而微通道宽长比的改变不会对内部温度产生显著影响,这与实验现象基本一致。进一步研究了进气温度的影响,结果表明,提高进气温度可以缩短温度过渡区,从而影响石墨烯在微通道内的生长分布。综上,本文研究了不同稀薄条件下体相区和壁面上甲烷分子碰撞率,解释了LPCVD生成单层石墨烯的原因;研究了不同参数对微通道内部温度分布的影响,解释了出入口不生长石墨烯的原因,揭示了小Kn下,石墨烯在出入口非对称生长的机理。
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