石墨烯激光化学气相沉积装置及关键技术研究

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基于石墨烯优异的电子、机械、热学、光学性能以及广阔的应用前景,自2004年被发现以来迅速成为材料学与物理学领域的研究热门。目前,制备石墨烯的方法有很多,但是如何实现石墨烯的快速生长、生长区域的可控性、微区生长以及非转移生长一直是石墨烯在电子器件上应用必须解决的问题。通过对石墨烯多种制备方法的比较,发现激光化学气相沉积法(Laser Chemical Vapor Deposition,LCVD)是最有可能实现这一要求的方法,本文也将采用该方法进行石墨烯的制备,并对LCVD法制备石墨烯过程中若干关键技术进行研究,主要工作有:  1、介绍了石墨烯的概念、性质及应用,对当前多种的石墨烯激光法制备技术进行对比和分析,阐述了LCVD法制备石墨烯的优势及可行性,并且根据LCVD法制备石墨烯的原理自行设计并搭建了实验平台,主要包括激光聚焦单元、真空单元、反应源气体及控制单元、三维运动平台单元、聚焦光斑测量单元,为石墨烯的LCVD法制备奠定基础。  2、激光聚焦光斑面积的测量是LCVD法制备石墨烯的关键问题,采用基于图像处理的方法对光斑测量单元的硬件和软件进行详细设计,根据需要制备的石墨烯纳米带的大小选择相应的光斑面积,同时对光斑区域的功率密度进行计算,保证基底表面激光照射处具有足够的能量使温度迅速达到石墨烯的生长温度。  3、温度是石墨烯生长的关键因素,将直接影响石墨烯制备的层数和质量,因此,采用ANSYS软件对LCVD法制备石墨烯过程中的光斑照射区域的静态和动态温度场分布进行仿真与分析,研究了基底材料属性、激光器功率大小、基底面积大小、聚焦光斑直径、反应源气体流量对基底静态温度场分布的影响以及温度场分布与石墨烯制备质量之间的关系。  4、使用镍箔作为生长基底,在自行设计搭建的LCVD实验平台上进行石墨烯制备,针对样品的拉曼测试结果着重分析了样品质量及存在的问题,为实验的下一步开展提供参考依据。
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