论文部分内容阅读
低维碳纳米管材料，如碳纳米管和石墨烯，自它们发现以来，就凭借其优异的力学性质、电学性质、热学性质等各方面优异物理特性，在基础研究和实际应用领域都引起了人们的极大关注。本论文主要对石墨烯及碳纳米管的可控合成、物理特性和器件性能进行了研究，主要内容如下: 1.高质量、高纯度石墨烯制备及快速合成石墨烯的研究。针对CVD生长中常出现的石墨烯表面颗粒污染物的问题，在本章中提出了一套简单的生长前铜箔预处理工艺来生长清洁、高质量石墨烯的方法。随后，针对传统CVD生长石墨烯耗时耗能的问题，在本章中还介绍了我们发明的双火焰快速生长石墨烯的方法。使用这套方法，我们可以在大气环境中快速、高效地在SiO2/Si上直接沉积生长高质量的石墨烯薄膜，整个过程只需要几分钟，为石墨烯的规模化生产提供了一个新的思路。 2.蓝宝石不同晶面对石墨烯的选择性生长研究。我们通过CVD生长法，可以在三种蓝宝石衬底上的镍膜的上表面都可以生长得到石墨烯，但在刻蚀掉镍膜之后，只能在c面蓝宝石上发现石墨烯。为了证明在蓝宝石衬底上的石墨烯并不是来源于镍膜的上表面石墨烯掉落的，我们使用氧等离子体损坏镍膜上表面的石墨烯，并在用腐蚀溶液去掉镍膜之后，对比了在c面蓝宝石上的石墨烯，证实了直接附着在蓝宝石衬底上的石墨烯的确是来自CVD生长于镍膜/c面蓝宝石界面处的石墨烯。我们通过光学显微镜、SEM、TEM、以及电阻测量证实了我们在镍膜/c面蓝宝石界面处生长得到的石墨烯具有很好的质量。此外，我们研究了生长条件对石墨烯的质量的影响。 3.石墨烯在高质量GaN中的应用。本章主要从两个方面介绍石墨烯在GaN材料中的应用。第一个方面是石墨烯在GaN器件中作为透明导电薄膜的应用，我们尝试在不使用催化剂的情况下直接在GaN上沉积石墨烯，并研究了这种直接沉积方法对GaN材料的影响。第二个方面是石墨烯在GaN材料生长中的应用，传统GaN材料的生长是在蓝宝石衬底上进行，要实现GaN和蓝宝石衬底的剥离非常困难，因此我们尝试在蓝宝石衬底上转移5-10层石墨烯，再在石墨烯上进行GaN的生长，发现在生长完后由于应力的作用GaN薄膜可以自发与蓝宝石衬底剥离。 4.石墨烯氟化及其激光还原研究。我们使用反应等离子体刻蚀的方法氟化处理单层石墨烯，然后利用拉曼的激光对氟化石墨烯进行长时间的辐照，以此进行对氟化石墨烯的还原。然后我们还研究了氟化对石墨烯电学性质的影响，比如对石墨烯电阻大小的影响和对其狄拉克点移动的影响。 5.压力处理单壁碳纳米管纤维后的力学增强。我们利用浮动化学气相沉积法制备得到的单壁管薄膜，通过金刚石拉丝模的方法，可以得到密度较大并且有较好顺排性的单壁碳纳米管纤维，但是这些纤维的力学强度并不理想。为了增强单壁碳纳米管纤维的力学强度，我们通过使用压膜机对其进行压力处理，结果发现处理后纤维的力学强度有了较大的提升。