智数汽车大数据麦克恒通汽车轻量化在线
查看: 494|回复: 0
收起左侧

[电池材料] 铜箔表面单晶化,制备大片单晶石墨烯

[复制链接]
发表于 2016-9-6 09:31:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
<

亲,赶快注册吧,有更多精彩内容分享!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
       一直以来,铜箔(Cu)是公认的CVD沉积高质量石墨烯薄膜的绝佳衬底材料。商用多晶Cu表面存在的缺陷、台阶、晶界可作为石墨烯生长形核位点,同时也可使形核密度增大,使取向无规则化。因此,石墨烯晶粒尺寸的进一步生长受到一定限制。当不同取向的晶粒形成薄膜时,晶界的存在往往使电学、力学性能变差。因此,相比起机械剥离法,CVD生长石墨烯的质量还有待提高。
      为了减小畴界所造成的不利影响,有必要制备出适用于多种应用场景的高质量大片单晶石墨烯薄膜。目前,控制CVD石墨烯形核以及生长的方法有以下两种。第一种方法是在石墨烯进行外延生长时精确控制畴取向,使临近畴之间建立无缝过渡。第二种方法是抑制形核密度,避免可能形成的畴界。虽然后一种方法可以通过控制碳前驱体的浓度来实现,其生长速度和产率一般较低(通常为1.8-2.4 μm/min, 几小时到几天)。
1.jpg
2.jpg

3.jpg
      近期,北京大学的Huan Wang等人研究出一种铜箔表面单晶化作为石墨烯生长衬底材料,快速生长大尺寸单晶石墨烯片层的方法。首先,将多晶Cu进行如图1中的卷叠,在1035℃下进行预氧化处理使多晶Cu转变为单晶Cu(100),随后通入氢气去除吸附在Cu表面的氧。其原理在于利用表面氧气化学吸附诱导晶体结构重组(图2)。再者,铜箔间的圈绕或堆叠所形成的10 μm的间隙也促进石墨烯畴的生长。作者把这种生长机制归结于CVD过程中所谓的分子流动模式(molecular flow mode)。
  根据石墨烯在堆叠铜箔(间隙:10-30μm)中的生长常数可计算出前驱气体的分子平均自由程约为300μm,因此在分子平均自由程内流动的气体以高频率撞击在铜箔内表面,这不仅提高了碳流量的浓度,也加强了分子与铜箔表面的相互作用。由图3(b)可以看出,堆叠铜箔内侧可在10 min内生长石墨烯方形畴最大尺寸为3mm。从相差矫正TEM图像和拉曼光谱中可以看出所形成的石墨烯质量高并且是单层结构。
  总之,在这种铜箔表面单晶化衬底上可沉积厘米尺寸级别的单晶石墨烯,生长速度最高可达300 μm/min,比之前报道的值高了两个数量级,也使大片石墨烯的规模化制备成为可能。 相关研究成果在线发表于知名期刊Advanced Materials上。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则