文献综述

Cu箔表面利用CVD方法获得的石墨烯，由于其特殊的生长机制\即表面自终止效应可以实现绝对单层生长，同时由于层间的范德华相互作用可以导致双层石墨烯的生长。因此Cu箔上生长的石墨烯已经成为相关基本科学问题研究中的重要材料。

3.1.1铜基底表面晶向与石墨烯生长的关系

从晶体学的角度来讲，铜基底表面生长的石墨烯可以认为是不同取向的石墨烯单晶相互拼接而成的多晶结构。根据研究发现，采用铜（111）单晶作为基体，生长出的单层石墨烯的质量最高。石墨烯岛状结构与铜（111）晶向存在0与7的择优取向，其他则为随机取向。然而，葛雯组通过背电子散射衍射（EBSD）研究表明，衬底铜箔的取向对石墨烯形貌的影响不明显，没有观察到衬底取向与石墨烯结构之间的直接联系。

3.1.2铜基底晶面与石墨烯生长的关系

Wood的研究表明，相对于高指数晶面，铜的低指数晶面更利于形成单层的高质量石墨烯。其他研究组的结果表明，相比于其他晶面，铜（111）晶面更利于生长高质量单层石墨烯。还有人研究发现，铜（111）表面生长的石墨烯为单层占优，并且层数均一性，明显优于相同条件下采用多晶铜薄膜表面制备的石墨烯。然而对于多晶铜，多晶不利于生长大面积的连续膜，但是可以对它进行预处理，即先将其加热到接近铜的熔点(约1080℃)附近，这时铜多晶内部开始在表面形成单晶畴，较容易形成均匀的石墨烯，接下来在此温度下维持一段时间，并在整个过程中通一定量的氢气，经过这样的热处理，能够得到质量较为均一的石墨烯。

化学气相沉积生长石墨烯后Cu箔表面主要形成Cu（111）、Cu（100）、Cu（311）等晶面。在台阶状的Cu（100）表面存在一些正方形的莫尔条纹，其形成原因被认为是六方型的石墨烯晶格和Cu（100）面的相互扭转导致的。而在Cu（111）的表面，可以获得很好的六边形的石墨烯晶格。

3.2.3铜基底的粗糙度与石墨烯生长的关系

铜基底表面粗糙程度对于石墨烯生长具有重要的影响。Luo等研究了铜箔表面粗糙度对石墨烯质量的影响。他们采用电化学抛光的方法来降低多晶铜箔的表面粗糙度（抛光前后粗糙度相差10~30倍）。电学输运特性研究表明，在相同的制备条件下，采用抛光的铜箔可以使石墨烯的载流子迁移率从50~200cm2/（V·s）提高到400~600cm2/（V·s）。Han提出机械化学抛光同样可用于降低铜箔的粗糙度。他们发现光滑的铜箔表面不仅有助于提高石墨烯的生长质量，降低面电阻，而且减少了少层石墨烯的形核数量，从而提高了大面积石墨烯薄膜的层数均一性。因此，降低铜基体的表面粗糙度，提高其纯度，减少表面杂质原子，有利于减少石墨烯的缺陷数量，提高其生长质量。

3.2生长温度及生长时间对CVD石墨烯生长的影响

不同的生长温度对CVD石墨烯的生长质量影响不。Hu等采用类似的基体，对比研究了在900℃和1000℃下Cu生长的石墨烯的结构。其结果表明，反应温度对铜（111）表面生长石墨烯具有显著

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影响，1000℃生长的石墨烯具有较高的质量，而900℃制备的样品则存在大量缺陷。Regmin等分析了低压条件下，甲烷作碳源时，温度对石墨烯生长的影响&实验结果表明：当生长温度低于850℃时，不能形成石墨烯；当生长温度高于850℃时石墨烯开始形成，而且随着生长温度的升高长出的石墨烯的缺陷和多层区域都越来越。Kim等在低压条件下，以经过电化学抛光的铜箔为基底，CH4为碳源，考察在720~1050℃范围内石墨烯形核、生长情况。研究表明，随着生长温度的升高，石墨烯的形核密度降低，单个晶粒的尺寸变大。当生长温度低于1000℃时，即使延长生长时间\石墨烯岛之间也并不能相互缝合；只有生长温度约为1000℃生长时间不短于30min时，才能获得完整的石墨烯薄膜。生长时间对石墨烯的质量有一定的影响&中科院研究小组研究了生长时间对石墨烯制备的影响，实验表明，石墨烯的层数会随着生长时间的 延长而变厚。

3. 3．铜基底化学气象沉淀制备石墨烯薄膜分析

化学气相沉积法制备石墨烯目前已成为一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的主要手段。基于铜基底化学气相沉积法制备石墨烯薄膜作为一种重要的研究方向，其难点是降低制备的温度和生产成本，以及寻找可替代的催化基底，如何大量，低成本制备出高质量的石墨烯材料应该是未来研究的一个重点。如何实现石墨烯在聚合物等基体上的低温生长等，也是化学气相沉积法的未来发展方向。采用铜网替代铜箔生长的石墨烯具有更优良的柔曲性，可作为性能，优异的传感元件，具有很好的发展前景，对CVD石墨烯的发展起着一定的导向作用。

4结语

石墨烯是在2004 年发现的炭材料家族中的新成员,具有独特的物理性质和广阔的应用前景。 由于在石墨烯方面的开创性实验研究,其发现者 A.K. Geim 和K. S. Novoselov 荣获了2010 年度诺贝尔物理学奖。

作为石墨烯研究的基础,石墨烯的制备一直备受关注,其研究的进展也非常迅速。从最早的胶带剥离法,到随后的 SiC 单晶外延生长法、化学剥离法,直至 CVD 方法,始终围绕着实现石墨烯这一奇特材料的应用而不断地改进和发展。从早期的物性研究,到现在作为能源材料在锂离子电池、超级电容器,作为电子学材料在晶体管、射频器件,作为力性、电性增强体在复合材料,尤其是透明导电薄膜中的使用,石墨烯愈发焕发出迷人的魅力。 在未来实现石墨烯应用的过程中,CVD 方法将会发挥越来越重要的作用,不仅仅局限于目前二维石墨烯薄膜的制备,而且还可以用于一维石墨烯带和三维石墨烯宏观体的制备,从而大大拓宽石墨烯的应用领域。有理由相信,在不久的将来基于CVD法制备的石墨烯的微处理器、电池、显示器及柔性电子器件将走进人们的生活。

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图3-利用热释放胶带从 Cu 箔上转移石墨烯的示意图

4．主要参考文献

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