【精华】超级储能材料石墨烯的制备方法-第2页-北极星储能网

投稿

我要投稿

很多根据CVD法衍生出来的石墨烯制作方法试图提高石墨烯的单晶面积、简化工艺并降低工艺成本。如常压化学气相沉积(APCVD)法,是相对较新的技术，是在常压下沉积固态薄膜的一种方法。由于是常压条件，工艺相对传统CVD法更简单且经济。通过混合5%的CH4和95%的Ar气体作为碳源，精确控制极低流量的CH4，可以到达提高石墨烯单晶面积的目的，在Cu箔基体上，能得到均匀的毫米大小的石墨烯单晶域。当石墨烯被应用于电子设备时，也可以利用APCVD法来去除金属催化剂(几乎所有CVD法都依靠金属催化生长石墨烯)和转移石墨烯到介电衬底(SiO2/Si，SiO2，等)。但是，转移过程中容易造成污染，起皱，和样品的破损。有研究者在介质衬底上直接生长的石墨烯，但是生长的石墨烯总是有缺陷和低结晶度，而且必须利用高合成温度(1600℃)或者高成本的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，因此成本高而石墨烯的物理性能相对较差。有报道显示，利用APCVD法，一种新型的NiAl2O4基体膜覆盖在SiO2片上可以直接生长大尺寸均匀的石墨烯，并解决上述的问题,无需从生长基体上转移石墨烯膜。在Ar与H2的气体环境下，大量Ni2+离子在NiAl2O4膜上或里面可以被还原，使Ni颗粒被沉淀在基体表面。这些Ni颗粒作为催化剂首先被氢还原，均匀地与氧化铝表面结合，使石墨烯膜生长在基板上，从而有效地催化形成连续的石墨烯薄膜，这里的Ni颗粒类似于镍箔的作用。合成的石墨烯/Ni/Al2O3/SiO2复合膜具有优良的导电性，可以作为染料敏化太阳能电池的对电极，光电转换效率为7.62%，高于基于FTO对电极的染料敏化太阳能电池的效率(7.50%)。

热丝化学气相沉积(HFCVD)或热线化学气相沉积法(HWCVD)近些年较少被应用，但是它在许多方面仍然具有吸引力，如快速升温对石墨烯的大规模和快速制造非常有利;利用催化裂化反应在热线/丝上沉积薄膜,这个等离子游离过程可以消除高能离子轰击沉积的石墨烯薄膜的风险;因为刚性或柔性衬底不参与分解过程，容易被处理，具有良好的阶梯覆盖性和均匀性，是制备大面积、高质量石墨烯的一个很好的方法。但是，也有报道称，HFCVD和HWCVD制备的石墨烯有高密度的缺陷。

在HFCVD系统基础上改进后，又发展有热丝热化学气相沉积(HFTCVD)法。有报道用加热的钽丝(Ta)在1800℃下，用HFTCVD系统，制备单层石墨烯，并发现将铜基板放置在氧化铝管内会造成气体流量和成分梯度，和排除任何在铜上成核的概率。用HFTCVD法制备石墨烯的具体过程如图1所示。氧化铝管一端密封绕钨(W);长丝与基板卷绕一起后被安装在系统内部。一个热电偶放在Cu箔上用于在整个制造过程中监测基板的温度。然后长丝被挂在两铜杆之间，连接到外部电源。该系统的基础压力为5.0×10−5mbar，W热灯丝用于加热Cu箔到1000℃的制造温度。在反应前，Cu箔的原生氧化层被清理。石墨烯膜生长是在CH4/H2混合气体中进行。随后，降温通N2气得到石墨烯膜。