【正文】 下的 C 原子重新組合的過程。 未來研究將是優(yōu)化制備工藝流程，降低生產(chǎn)成本。據(jù)載氣類型不同可分為還原性氣體 (H2)、惰性氣體 (Ar、 He)以及二者的混合氣體 。這些因素決定了石墨烯的生長溫度、生長機制和使用的載氣類型。選擇碳源需要考慮的因素主要有烴類氣體的分解溫度、分解速度和分解產(chǎn)物等。 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 8 樣品制備示意圖 [20] 從生長機理 [21]上主要可以分為兩種 (1)滲碳析碳機制 :對于鎳等具有較高溶碳量的金屬基體 ,碳源裂解產(chǎn)生的碳原子在高溫時滲入金屬基體內(nèi) ,在降溫時再從其內(nèi)部 析出成核 ,進而生長成石墨烯 。其原理為將一種 或多種氣態(tài)物質(zhì)導(dǎo)入到一個反應(yīng)腔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的材料沉積在襯底表面。 微機械法過程簡單 , 但是 產(chǎn)量低 ,層數(shù)難以控制， 難以實現(xiàn)石墨烯的大面積和規(guī)?；苽?。 山東大學(xué)已成功在 2 英寸 SiC 襯底上制備出大面積的石墨烯，由 AFM 圖可看到明顯石墨烯梯田結(jié)構(gòu)， 如 圖 5 所示。 中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實驗室先進碳材料研究部研究員成會明、任文才 研究小組 [16]在石墨烯的控制制備、結(jié)構(gòu)表征與物性的研究方面取得了一系列新的進展。低的載流子注入勢壘和良好的電極半導(dǎo)體接觸是器件具有高性能的主要原因。 中科院物理研究所 王恩哥 [15]等采用剝離 再嵌入 擴張的方法成功地制備了高質(zhì)量石墨烯?？茖W(xué)家們表示，最新的石墨烯集成電路混頻最多可達 10GHz，而且其可以承受 125℃的高溫。該集成電路建立在一塊 SiC 上，并且由一些石墨烯場效應(yīng)晶體管組成。 2021 年 6 月，石墨烯 FET 突破上次記錄。這枚只有兩個晶體管的集成電路雖然很小，卻是向制造碳基高性能電子器件邁出的重要一步。他們使用 Aixtron的 VP508 CVD 反應(yīng)設(shè)備，通過從 6HSiC 晶體中升華硅的方法，成功制成了石墨烯薄膜。末光教授的團隊 通過控制 SiC 形成時的結(jié)晶方向和 Si 襯底切割的結(jié)晶方向，得到 了 100150 平方微米面積的兩層石墨膜，其晶格畸變率僅為 %。因此，如何減小 1/f 噪聲成為實現(xiàn)納米元件的關(guān)鍵問題之一。 2021 年 3 月 ， IBM 沃森研究中心的科學(xué)家 [12]在世界上率先制成 了基于 SiC 襯底的低噪聲石墨烯晶體管。這種石墨烯薄膜不僅具備高硬度和高拉伸強度，其電學(xué)特性也是現(xiàn)有材料中最好的，這些單原子層厚的碳薄片是非常有前途的材料。在匹茲堡舉行的美國物理學(xué)會年會上，石墨烯是科學(xué)家們談?wù)摰闹饕掝}。這種方法制備出來的二維石墨烯薄膜厚度僅為 12碳原子層。 Li 等 [8]在 Stankovich 等研究的基礎(chǔ)上，利用還原氧化石墨的方法在沒有任何化學(xué)穩(wěn)定劑的情況下，通過控制石墨層間的靜電力，制備出了在水中穩(wěn)定分散的石墨烯溶液。 圖 3 近幾年石墨烯的文章 SCI 收錄情況 [4] 早在 1999 年， Lu[5]等就用氧等離子刻蝕，在以 SiO2為基底的高定向熱裂解石墨上 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 刻蝕出了厚度約為 200nm 的石墨層。K這種獨特的結(jié)構(gòu)使石墨烯具有獨一無二的性質(zhì)，作為世界上最薄的納米材料，石墨烯幾乎是完全透明的，只 吸收 % 的光，導(dǎo)熱系數(shù)達到 5300W/m 富勒烯具有 12 個五元環(huán)和 20 個六元環(huán)，其直徑為 ，整個富勒烯看起來像是一個足球。 圖 1 左 是單層石墨烯的自由變 形示意圖、 （ a） 扶手椅型 邊緣結(jié)構(gòu)； （ b） 鋸齒型邊緣結(jié)構(gòu) [1] 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 碳元素存在著眾多的同素異形體，與人們生活息息相關(guān)的金剛石、石墨，前些年發(fā)現(xiàn)的富勒烯、碳納米管、到最近發(fā)現(xiàn)的石墨烯。 如圖 1 所示。 石墨烯具有獨特的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、和電學(xué)性能，有望在納米復(fù)合材料、場發(fā)射材料、傳感及儲能等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也 就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。是一種由碳原子以 sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。 石墨烯或?qū)⒊蔀榭蓪崿F(xiàn)高速晶體管、激光器、觸摸面板、蓄電池及高效太陽能電池等多種新一代器件的核心材料。 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計報告（論文） (2021 屆 ) 題 目： 石墨烯的制備及其在太陽能電池中 的應(yīng)用 所 屬 系 ： 材料工程技術(shù)系 班 級： 光伏材料 1121 學(xué) 生 姓 名： 翟勇 學(xué) 號： 2021104239 同 組 成 員： 指 導(dǎo) 教 師： 唐惠東 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 石墨烯是通過 SP2雜化形成平面六元苯環(huán)結(jié)構(gòu)，只有一個碳原子厚度。 石墨烯 作為形成納米尺寸晶體管和電路的“后硅時代”的新潛力材料 。 關(guān)鍵詞： 石墨烯 制備工藝 光伏應(yīng)用 2021 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） II 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................................... I 第一章 石墨烯的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................................................. 1 石墨烯的概述 ................................................................................................................ 1 石墨烯的性質(zhì) ................................................................................................................ 1 石墨烯國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................................................................ 3 第二章 石墨烯的制備工藝 ............................................................................................ 8 微機械剝離法 ................................................................................................................ 8 氣相沉積法 .................................................................................................................... 9 SiC 外延生長法 ............................................................................................................11 氧化石墨 還原法 ...........................................................................................................14 第三章 石墨烯在光伏中的應(yīng)用 ..................................................................................16 石墨烯在導(dǎo)電玻璃中的應(yīng)用 .......................................................................................16 石墨烯在光伏陽極中的應(yīng)用 .......................................................................................17 第四章 石墨烯的前景展望 ................................................................