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作者簡介
目次
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本書首先介紹了石墨烯的晶體和能帶結構，石墨烯的製備方法以及在電子器件、熱傳導、場發射、傳感器、複合物和能量存儲等方面的應用；然後本書詳細介紹了利用CVD法在Mo膜和拋光Cu襯底上製備高質量的石墨烯薄膜；最後詳細研究了石墨烯的H2刻蝕現象。
由於石墨烯具有的獨特的晶體結構、優異的電學、光學和機械性質，使其在納米電子器件和儲能應用等諸多領域引起科研人員的極大關注。近年來，石墨烯的基礎研究越來越透徹，石墨烯器件的發展也隨之突飛猛進。本書的內容涵蓋了石墨烯的晶體結構和電子結構、石墨烯的性質及應用、石墨烯的製備和表徵，以及石墨烯的氫氣刻蝕研究等內容，目的在於對石墨烯目前的發展狀態，尤其是在石墨烯的製備和應用方面提供一個綜合的回顧。
本書面對的讀者大致可以分為兩類：第一類是剛開始從事石墨烯材料相關研究的科研人員，本書可以為其提供目前石墨烯發展的一個全面的、具體的介紹，使其能夠快速的掌握石墨烯的基礎研究現狀；第二類是與石墨烯二維材料具有一定聯繫的教育工作者或興趣愛好者，可以作為材料科學領域課程的一部分，也可以作為一本相關的科普讀物。
由於石墨烯具有的獨特的晶體結構、優異的電學、光學和機械性質，使其在納米電子器件和儲能應用等諸多領域引起科研人員的極大關注。近年來，石墨烯的基礎研究越來越透徹，石墨烯器件的發展也隨之突飛猛進。本書的內容涵蓋了石墨烯的晶體結構和電子結構、石墨烯的性質及應用、石墨烯的製備和表徵，以及石墨烯的氫氣刻蝕研究等內容，目的在於對石墨烯目前的發展狀態，尤其是在石墨烯的製備和應用方面提供一個綜合的回顧。
本書面對的讀者大致可以分為兩類：第一類是剛開始從事石墨烯材料相關研究的科研人員，本書可以為其提供目前石墨烯發展的一個全面的、具體的介紹，使其能夠快速的掌握石墨烯的基礎研究現狀；第二類是與石墨烯二維材料具有一定聯繫的教育工作者或興趣愛好者，可以作為材料科學領域課程的一部分，也可以作為一本相關的科普讀物。
作者簡介
王彬，1983年生，男，渤海大學新能源學院講師。科研成果：利用CVD法在過渡金屬襯底上製備出大面積均勻高質量石墨烯薄膜。曾出版?激光技術與太陽能電池?(王月,王彬,王春傑 箸，冶金工業出版社)。
目次
目錄
1緒論
.......................................................................................................................1
參考文獻................................................................................................................13
2石墨烯的晶體結構和電子結構
..............................................................................16
2.1石墨烯的晶體結構
.........................................................................................16
2.2石墨烯的電子結構
.........................................................................................17
2.2.1單層石墨烯的電子結構
............................................................................17
2.2.2石墨烯中無質量的狄拉克費米子...................................................................20
2.2.3雙層石墨烯的電子結構...................................................................................22
2.2.4多層石墨烯的電子結構...................................................................................25
參考文獻...........................................................................................................................29
3石墨烯的性質及應用.....................................................................................................30
3.1石墨烯能帶隙的打開...............................................................30
3.2石墨烯基微電子器件和納米電子器件.........................................32
3.2.1石墨烯電路中的晶體管數量................................................33
3.2.2數字邏輯門......................................................................34
3.2.3數字非易失性存儲器.........................................................35
3.3高頻電子器件.........................................................................37
3.3.1模擬電壓放大器................................................................39
3.3.2石墨烯環振盪器................................................................40
3.4基於分層材料的器件................................................................43
3.5新型的垂直型平面型晶體管和器件...........................................44
3.5.1垂直隧道晶體管和垂直熱電子晶體管...................................44
3.5.22d異質結構的面內傳輸.....................................................45
3.6電子發射...............................................................................46
3.7石墨烯飽和吸收劑和相關設備..................................................48
3.8石墨烯相關應用舉例...............................................................49
3.8.1透明電極.........................................................................49
3.8.2納米電子器件
..................................................................51
3.8.3儲能應用........................................................................51
3.8.4傳感器方面的應用...........................................................52
3.8.5複合材料方面的應用........................................................52
參考文獻......................................................................................53
4石墨烯的製備、表徵及轉移...........................................................58
4.1幹法剝離.............................................................................58
4.1.1用於研究目的的機械剝離................................................58
4.1.2陽極鍵合......................................................................60
4.1.3激光燒蝕和光剝離.........................................................60
4.2液相剝離...........................................................................61
4.2.1石墨的液相剝離............................................................62
4.2.2氧化石墨的液相剝離
...........................................................66
4.2.3插層石墨的液相剝離...........................................................67
4.3SiC熱蒸發法....................................................................69
4.4化學氣相沉積(CVD)...................................................................71
4.4.1金屬襯底上熱CVD法製備石墨烯...........................73
4.4.2絕緣襯底上製備CVD石墨烯......................................79
4.4.3CVD法製備大尺寸石墨烯晶疇..................................81
4.5其他製備方法...............................................................82
4.5.1過渡金屬表面析出法...............................................83
4.5.2碳納米管解理法....................................................83
4.6石墨烯的表徵技術.........................................................83
4.6.1光學顯微鏡............................................................83
4.6.2原子力顯微鏡...........................................84
4.6.3掃描電子顯微鏡.......................................86
4.6.4透射電子顯微鏡
.......................................88
4.6.5拉曼光譜.............................................................89
4.7石墨烯的轉移技術.......................................................92
參考文獻................................................................................93
5CVD法在單晶Mo膜襯底上製備高質量石墨烯薄膜..................102
5.1在Mo膜上生長石墨烯薄膜的研究背景............................102
5.2CVD法在單晶Mo膜上製備石墨烯薄膜...........................103
5.2.1電子束蒸發製備單晶Mo膜及表徵...........103
5.2.2單晶Mo膜上製備石墨烯的過程...............104
5.3生長參數對石墨烯薄膜質量的影響....105
5.3.1H2與CH4流量比對石墨烯薄膜性質的影響........105
5.3.2生長時間對石墨烯薄膜性質的影響.......................106
5.3.3降溫速率對石墨烯薄膜性質的影響.......................107
5.3.4Mo膜厚度對石墨烯薄膜性質的影響.........................108
5.4單晶Mo膜上生長石墨烯與Mo片上生長石墨烯比較
......109
5.5Mo膜襯底的團聚現象..................................110
5.6本章小結.........................................110
參考文獻.............112
6CVD法在拋光Cu襯底上製備高質量石墨烯薄膜....................113
6.1Cu襯底上製備石墨烯薄膜的研究背景......................................113
6.2Cu襯底的化學機械拋光.........................................................113
6.2.1Cu襯底的機械拋光...............................................113
6.2.2Cu襯底的電化學拋光......................115
6.3拋光與未拋光Cu襯底上生長的石墨烯比較...........................116
6.4Cu襯底晶界及表面劃痕對生長石墨烯的影響............................117
6.5在拋光Cu襯底上生長大尺寸石墨烯晶疇.............118
6.6兩步合成法生長高質量石墨烯薄膜...............................120
6.7本章小結.............................122
參考文獻.....................................................................................123
7CVD法製備的石墨烯晶疇的H2刻蝕現象研究....................................125
7.1H2刻蝕石墨烯薄膜的研究背景................................................125
7.2六角石墨烯晶疇的製備...................................125
7.3刻蝕時間對石墨烯晶疇的影響..................126
7.4Cu面晶向對石墨烯表面刻蝕條紋的影響........................127
7.5石墨烯表面上褶皺與刻蝕條紋的關係............................131
7.6降溫速率對刻蝕條紋的影響.........................135
7.7石墨烯的H2刻蝕過程及機理分析....................136
7.8本章小結......................................138
參考文獻......................139
8CVD石墨烯晶疇的邊緣刻蝕現象研究.........................................141
8.1研究背景..................................................141
8.2實驗過程.............................................141
8.3石墨烯晶疇H2刻蝕的兩種模式....................142
8.4影響邊緣刻蝕因素分析................143
8.5刻蝕溫度和刻蝕時間對石墨烯晶疇H2刻蝕的影響.................145
8.6石墨烯邊緣刻蝕分析.......................................146
8.6.1溫度引起的邊緣刻蝕
............................146
8.6.2邊緣刻蝕的AFM分析.......................147
8.7石墨烯晶疇在降溫和刻蝕過程中的形態變化............................148
參考文獻..........................................149
1緒論
.......................................................................................................................1
參考文獻................................................................................................................13
2石墨烯的晶體結構和電子結構
..............................................................................16
2.1石墨烯的晶體結構
.........................................................................................16
2.2石墨烯的電子結構
.........................................................................................17
2.2.1單層石墨烯的電子結構
............................................................................17
2.2.2石墨烯中無質量的狄拉克費米子...................................................................20
2.2.3雙層石墨烯的電子結構...................................................................................22
2.2.4多層石墨烯的電子結構...................................................................................25
參考文獻...........................................................................................................................29
3石墨烯的性質及應用.....................................................................................................30
3.1石墨烯能帶隙的打開...............................................................30
3.2石墨烯基微電子器件和納米電子器件.........................................32
3.2.1石墨烯電路中的晶體管數量................................................33
3.2.2數字邏輯門......................................................................34
3.2.3數字非易失性存儲器.........................................................35
3.3高頻電子器件.........................................................................37
3.3.1模擬電壓放大器................................................................39
3.3.2石墨烯環振盪器................................................................40
3.4基於分層材料的器件................................................................43
3.5新型的垂直型平面型晶體管和器件...........................................44
3.5.1垂直隧道晶體管和垂直熱電子晶體管...................................44
3.5.22d異質結構的面內傳輸.....................................................45
3.6電子發射...............................................................................46
3.7石墨烯飽和吸收劑和相關設備..................................................48
3.8石墨烯相關應用舉例...............................................................49
3.8.1透明電極.........................................................................49
3.8.2納米電子器件
..................................................................51
3.8.3儲能應用........................................................................51
3.8.4傳感器方面的應用...........................................................52
3.8.5複合材料方面的應用........................................................52
參考文獻......................................................................................53
4石墨烯的製備、表徵及轉移...........................................................58
4.1幹法剝離.............................................................................58
4.1.1用於研究目的的機械剝離................................................58
4.1.2陽極鍵合......................................................................60
4.1.3激光燒蝕和光剝離.........................................................60
4.2液相剝離...........................................................................61
4.2.1石墨的液相剝離............................................................62
4.2.2氧化石墨的液相剝離
...........................................................66
4.2.3插層石墨的液相剝離...........................................................67
4.3SiC熱蒸發法....................................................................69
4.4化學氣相沉積(CVD)...................................................................71
4.4.1金屬襯底上熱CVD法製備石墨烯...........................73
4.4.2絕緣襯底上製備CVD石墨烯......................................79
4.4.3CVD法製備大尺寸石墨烯晶疇..................................81
4.5其他製備方法...............................................................82
4.5.1過渡金屬表面析出法...............................................83
4.5.2碳納米管解理法....................................................83
4.6石墨烯的表徵技術.........................................................83
4.6.1光學顯微鏡............................................................83
4.6.2原子力顯微鏡...........................................84
4.6.3掃描電子顯微鏡.......................................86
4.6.4透射電子顯微鏡
.......................................88
4.6.5拉曼光譜.............................................................89
4.7石墨烯的轉移技術.......................................................92
參考文獻................................................................................93
5CVD法在單晶Mo膜襯底上製備高質量石墨烯薄膜..................102
5.1在Mo膜上生長石墨烯薄膜的研究背景............................102
5.2CVD法在單晶Mo膜上製備石墨烯薄膜...........................103
5.2.1電子束蒸發製備單晶Mo膜及表徵...........103
5.2.2單晶Mo膜上製備石墨烯的過程...............104
5.3生長參數對石墨烯薄膜質量的影響....105
5.3.1H2與CH4流量比對石墨烯薄膜性質的影響........105
5.3.2生長時間對石墨烯薄膜性質的影響.......................106
5.3.3降溫速率對石墨烯薄膜性質的影響.......................107
5.3.4Mo膜厚度對石墨烯薄膜性質的影響.........................108
5.4單晶Mo膜上生長石墨烯與Mo片上生長石墨烯比較
......109
5.5Mo膜襯底的團聚現象..................................110
5.6本章小結.........................................110
參考文獻.............112
6CVD法在拋光Cu襯底上製備高質量石墨烯薄膜....................113
6.1Cu襯底上製備石墨烯薄膜的研究背景......................................113
6.2Cu襯底的化學機械拋光.........................................................113
6.2.1Cu襯底的機械拋光...............................................113
6.2.2Cu襯底的電化學拋光......................115
6.3拋光與未拋光Cu襯底上生長的石墨烯比較...........................116
6.4Cu襯底晶界及表面劃痕對生長石墨烯的影響............................117
6.5在拋光Cu襯底上生長大尺寸石墨烯晶疇.............118
6.6兩步合成法生長高質量石墨烯薄膜...............................120
6.7本章小結.............................122
參考文獻.....................................................................................123
7CVD法製備的石墨烯晶疇的H2刻蝕現象研究....................................125
7.1H2刻蝕石墨烯薄膜的研究背景................................................125
7.2六角石墨烯晶疇的製備...................................125
7.3刻蝕時間對石墨烯晶疇的影響..................126
7.4Cu面晶向對石墨烯表面刻蝕條紋的影響........................127
7.5石墨烯表面上褶皺與刻蝕條紋的關係............................131
7.6降溫速率對刻蝕條紋的影響.........................135
7.7石墨烯的H2刻蝕過程及機理分析....................136
7.8本章小結......................................138
參考文獻......................139
8CVD石墨烯晶疇的邊緣刻蝕現象研究.........................................141
8.1研究背景..................................................141
8.2實驗過程.............................................141
8.3石墨烯晶疇H2刻蝕的兩種模式....................142
8.4影響邊緣刻蝕因素分析................143
8.5刻蝕溫度和刻蝕時間對石墨烯晶疇H2刻蝕的影響.................145
8.6石墨烯邊緣刻蝕分析.......................................146
8.6.1溫度引起的邊緣刻蝕
............................146
8.6.2邊緣刻蝕的AFM分析.......................147
8.7石墨烯晶疇在降溫和刻蝕過程中的形態變化............................148
參考文獻..........................................149
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