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1、第26卷第1期新型炭材料Vo.l26No.12011年2月NEWCARBONMATERIALSFeb.2011文章編號:10078827(2011)01002605石墨烯片的制備與表征馮穎,黃世華,康凱,段曉霞(北京交通大學光電子技術(shù)研究所,北京100044)摘要:通過微機械剝離高定向熱解石墨(HOPG)法和化學氣相沉積法(CVD)分別制備了不同層數(shù)的石墨烯片,并將其轉(zhuǎn)移到硅片上。利用石墨烯片在不同厚度SiO硅片上光學顯微圖像顏色及對比度存在的差異,對其層2數(shù)進行了識別與區(qū)分。采用原子力顯微鏡(AFM)和拉曼(Raman)光譜判定了所制石墨烯片的層數(shù)。結(jié)
2、果表明:所制石墨烯片有單層、少數(shù)層和多層。與雙層石墨烯片的Raman譜圖比較,多層石墨烯片的2D模線寬變寬,G模強2度增大。此外,CVD法可生長出大面積(~cm)的石墨烯片。關(guān)鍵詞:石墨烯;高定向熱解石墨;微機械剝離法;化學氣相沉積法+中圖分類號:TQ127.11文獻標識碼:A[1718]1前言可以區(qū)分單層和多層石墨烯片,但方法復雜效率較低。大多數(shù)實驗室采用高倍光學顯微鏡、原子繼碳納米管之后,石墨烯(也稱為石墨單層或[19]力顯微鏡和拉曼光譜進行分辨。在光學顯微鏡者單層石墨)成為備受矚目的低維炭材料,國內(nèi)也下,具有不同層數(shù)的石墨烯顏色及對比度有差異,利[12]已經(jīng)展開研究。石墨
3、烯由等單層六邊形碳原子用這種差異可以判定石墨烯的位置及層數(shù)。這種方[3]元胞構(gòu)成,原子呈二維蜂窩狀排列,具有良好的法非常直觀,但是由于實驗條件不同,結(jié)果準確與否力學和電學性能。石墨烯中載流子具有彈道輸運特取決于觀測者的經(jīng)驗。因此,在實際中往往需要把性,室溫下載流子的平均自由程和相干長度達到微幾種表征方法得到的結(jié)果互相比較,互相印證。2米量級,遷移率(200000cm/Vs)大約是硅的100本文報道通過微機械剝離高度定向排列熱解石[46]倍,有利于制造更小的快速轉(zhuǎn)換信號的晶體管。墨(HOPG)和化學氣相沉積(CVD)兩種方法制得另外,由于碳具有較高的熔點和高的熱導率,所以石石墨烯片,利
4、用光學顯微鏡、AFM和Raman光譜對墨烯器件有可能在高溫下工作。這些性質(zhì)均使其成樣品進行表征,并對測量結(jié)果進行了比較和討論,旨[7]為未來納米電子器件和納米電路的理想材料,具在探索最佳的石墨烯片制備工藝與表征方法。有廣闊的應用前景。長期以來,人們一直認為熱力學漲落不允許任2實驗何二維晶體在有限的溫度下存在,所以盡管碳的零維和一維結(jié)構(gòu)的研究開展較早,但是直到2004年二2.1微機械剝離HOPG維碳結(jié)構(gòu)石墨烯才被Novoselov和Geim等發(fā)微機械剝離法是較早用于獲得石墨烯片的一種[3,8][8]現(xiàn)。目前石墨烯的制備方法主要有:加熱SiC簡便方法,可以得到單層或數(shù)層的石墨烯片
5、。[910][3]基底外延生長、微機械剝離,金屬Ru或Ni薄即,先在透明膠帶上粘住一塊HOPG,反復進行幾次[1113][1415]膜上沉積和化學分散等。不同方法制備膠粘撕裂剝離,然后把膠帶紙有石墨烯片的一面與的石墨烯在形貌上差異較大,無論哪種方法,結(jié)果都硅片接觸,并反復按壓,膠帶移走后石墨烯片就轉(zhuǎn)移或多或少混有多層石墨烯片,均對單層石墨烯的識到了硅基片上。圖1示意描述了這種方法使石墨片辨產(chǎn)生干擾。因此,如何快速有效鑒定石墨烯的層從三維降低到二維的過程。HOPG在膠帶間不斷轉(zhuǎn)[16]數(shù)是迫切需要解決的問題。通過量子霍爾效應移不斷變薄,層數(shù)越來越少,轉(zhuǎn)移到硅基底上后可能收稿日期:20
6、090701;修回日期:20110209基金項目:國家杰出青年科學基金(60825407),國家自然科學基金(60877025),北京市科學技術(shù)委員會專項基金(Z08000303220803),北京自然科學基金(2092024),北京交通大學基金(2007XM048).通訊作者:黃世華.Te:l+861051683414,Emai:lshhuang@bjtu.edu.cn作者簡介:馮穎(1982-),女,云南人,博士研究生,主要從事低維炭材料及其電子器件的研究工作.Te:l+861051466793,Emai:l05118310@bjtu.edu.cn第1期馮
7、穎等:石墨烯片的制備與表征27發(fā)現(xiàn)獨立存在的石墨烯片。片上并用丙酮除去PMMA,這樣石墨烯片就被轉(zhuǎn)移到硅片上。由此得到的石墨烯片面積可達數(shù)平方厘米。3結(jié)果與討論3.1光學顯微鏡表征石墨烯片厚度為0.34nm,數(shù)層也僅為幾個納米,肉眼無法觀察到。為便于發(fā)現(xiàn)和表征石墨烯片,通常將其附著在某種基底上?？梢宰鳛榛椎牟牧蟍21]有許多種,由于石墨烯具有和硅基集成結(jié)合作為[7]下一代晶體管溝道材料的潛力,所以實驗選
