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石墨烯由于其优异的电学及光学性能而被广泛的认为在下一代电子工业等方面具有重要的应用价值。为了实现石墨烯在工业领域的应用,寻找简单有效可控的制备方法就显得尤为重要。本论文的研究工作主要围绕利用化学气相沉积法制备石墨烯过程中催化剂及作为调控石墨烯电学性能的杂原子的选择,实现石墨烯生长的可控调节,并对其电学性能进行研究,希望为实现石墨烯在工业领域的应用寻找切实可行的途径。本论文的研究内容主要分为以下几个方面。
1.通过对铁—碳相图进行分析,在选择适当的生长温度及降温过程的条件下,成功的实现了在铁箔表面制备高质量,大面积少数层石墨烯。该方法所用的催化剂成本较低,操作简单,易于控制,对实现石墨烯在工业领域的应用具有重要影响。
2.利用吡啶作为前体,通过化学气相沉积法使吡啶小分子在低温条件下脱氢自组装实现了在低温条件下于铜箔表面制备具有四边形形貌特征的氮掺杂单晶石墨烯阵列。所制备的氮掺杂石墨烯具有单晶结构,无论在空气中还是在高真空中其电学特性均表现出明显的n型特征,并且其电子迁移率可以达到53.5-72.9cm2V-1s-1。该方法为低温制备氮掺杂石墨烯提供了一种重要途径。
3.利用六氯环三磷腈作为前体,通过化学气相沉积法实现了磷、氮掺杂石墨烯在铜箔表面的可控制备。该石墨烯由于磷、氮两种元素均具有孤对电子而可以同时向石墨烯内部供给电子,使其表现出明显的n型电学特性。此方法为石墨烯电学性能的调控提供了一条新思路。