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摘 要

关键词：石墨烯，化学气相沉积法， 发展趋势

Abstract：Graphene is the first two-dimensional crystal exfoliated from graphite with a thickness of only one atom, in which carbon atoms are arranged into a honeycomb lattice with sp² hybridization between neighboring atoms. Both experimental and theoretical studies have identified that graphene has many excellent mechanical, electrical and optical properties, e.g, extremely high carrier mobility, large thermal conductivities, low optical absorbance, to name just a few of them. Therefore, graphene holds great potential in many applications, such as electronic devices, optoelectronic devices, and structural materials. However, the commercial applications required mass production of graphene with high quality. Currently, a variety of synthesis methods have been put forward to obtain graphene, including mechanical and chemical exfoliation from graphite, graphite oxide reduction, and chemical vapor deposition (CVD). Among them, CVD is of high possibility to achieve large-scale production of high-quality graphene. In this paper, we review the progress in the synthesis of graphene by chemical vapor deposition.

Keywords: Graphene, chemical vapor deposition method, growth parameters

目 录

1 引言 3

1.1 石墨烯的发现历史 3

1.2 石墨烯的物理性质 4

1.2.1 导电性 4

1.2.2 导热性 4

1.2.3 机械特性 4

1.3石墨烯的化学性质 5

1.3.1 氧化性 5

1.3.2 还原性 5

1.3.3 芳香性 5

2 化学气相沉积法 5

2.1.化学气相沉积法的基本步骤 5

2.2碳源 7

2.3生长基底 7

2.4石墨烯形貌 8

2.5石墨烯的生长速度 10

结论 11

参考文献 12

致 谢 14

1 引言

石墨烯是一种仅有单原子层厚的二维蜂窝结构纳米材料、它由碳原子以sp²杂化结合而成的新型碳材料。石墨烯是目前已知最薄的二维材料，它的C-C键长约为0.142 nm，厚度仅有0.335 nm。石墨烯在物理方面以及化学方面都有优秀的性质，例如比表面积相对于其他的二维材料很高，光电力热等各个方面均有着其他二维材料难以匹敌的性质，这些独特的物理化学性质引起了科学界的广泛的关注，研究者们对石墨烯产生了很大的研究兴趣。。石墨烯在半导体、光伏、国防军工、乃至日常生活中将带来日益显著的影响，因此石墨烯的大规模制备是目前急需解决的问题，一旦大规模制备，将会给全球带来重大的影响。然而在各种制备方法中，化学气相沉积法设计大量生长参数，通过优化生长参数能够实现大规模生产层数可控的高质量石墨烯，因而改方法受到实验和理论研究人员的广泛关注。本文综述石墨烯化学气相沉积合成方法的研究进展，介绍了化学汽相淀积的基本过程，以及不同的生长条件对石墨烯形成的影响。

1.1 石墨烯的发现历史

近年来石墨烯已经成功的出现在实验室，并将会在工业上得到广泛的应用。事实上，早在很久以前理论研究就探讨了石墨烯存在的可能性。关于石墨烯的发现过程，最初的时候科学家主要尝试化学方法，比如利用化学剥离法来制造石墨烯，将分子和大的原子插入石墨烯层间，得到石墨层间化合物，这样就可以看作是石墨烯的三维结构。然后对石墨烯的层间化合物进行处理，最终却只能够得到石墨烯的烂泥块，对这样的石墨烯泥浆的性质的研究却遇到了瓶颈，于是对石墨烯的研究就终止了。因此石墨烯并未受到科学界的广泛关注。一直到了2004年石墨烯再次出现在实验室中，科学家安德烈和卡斯坦丁用一种特殊的胶带将高定向热解的将石墨片从石墨中剥离，再用胶带粘住石墨片，其次撕开胶带，石墨片有一分为二，循环往复，直到只剩下单层的石墨薄片，即石墨烯。 制作石墨烯的方法在这以后层出不穷，经过多年的发展，多个研究组已经实现了在过渡金属基底上的单晶石墨烯大规模合成，这也就意味着石墨烯可以进入工业化生产的领域了。

图1： 石墨烯结构

1.2 石墨烯的物理性质

1.2.1 导电性

石墨烯的结构十分稳定，相邻碳原子间sp2杂化的轨道构成牢固的σ键， 使得单层石墨烯具有非常高的杨氏模量。然而石墨烯的弯曲模量非常小，所以非常柔韧，当机械力作用于外部时，碳的表面是变形和弯曲的，所以碳原子不需要重新排列以适应外部力量，从而维持碳原子的结构稳定性。而垂直于石墨烯平面的碳原子p轨道间以π键形式结合，使得碳原子具有优秀的导电性。石墨烯内部的电子传输的速度相对于其他一般的二维材料要快得多，接近于光速的三百分之一，这是因为石墨烯的原子之间存在着强相互作用，石墨烯中的电子非常小，碳原子难以发生碰撞的作用。除此以外，石墨烯只能吸收2.3％的入射光，相比于其他的材料几乎算得上是全透明的了，使其成为透明电极的理想选择。

1.2.2 导热性

近年来，科学界和工程界对材料热性能的兴趣迅速增长。散热已成为电子工业持续发展的关键问题，低维结构中的热传导已显示出真正有趣的特征。碳同素异形体及其衍生物具有独特的导热能力。碳材料的室温热导率从无定形碳中的最低值到石墨烯和碳纳米管中的最高值跨越了5个数量级以上的超普通大范围。而石墨烯由于独特的单层碳原子结构，是的石墨烯的散热效果很好，热导系数能够达到5300 W/m-K，这样的热导率大约是铜的十倍左右。

1.2.3 机械特性

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