碳纳米管/石墨烯生长过程的原位拉曼光谱研究

碳纳米管和石墨烯均为近年发展起来的明星材料，因其特殊的电荷输运特性和极高的载流子迁移率，为发展新一代高性能CMOS器件提供了新的材料选项，但如何实现碳纳米管的管径与手性控制以及大面积制备单层石墨烯仍是目前的挑战性问题。要实现碳纳米管和石墨烯的控制生长，深入理解其生长机理是至关重要的。到目前为止其生长机理仍是众说纷纭，这都是因为人们很难获得高温生长过程中的中间信息。本项目的核心目标就是将高温的CVD生长体系引入到拉曼光谱测量的样品台上，实现在碳纳米管或石墨烯的生长过程中原位测量其拉曼光谱的变化规律，捕捉到碳纳米管或石墨烯生长过程的中间信息，从而系统而深入的阐明碳纳米管或石墨烯的生长机理。

碳纳米管自发现以来已走过20多年的历史了，虽然在其结构控制制备方面取得了重大进展，但在单壁碳纳米管的结构精确控制方面仍存在很多难题与挑战，这也是限制单壁碳纳米管在器件中应用的瓶颈问题。要实现碳纳米管和石墨烯的控制生长，深入理解其生长机理是至关重要的。本项目的核心目标就是将高温的CVD生长体系引入到拉曼光谱测量的样品台上，实现在碳纳米管或石墨烯的生长过程中原位测量其拉曼光谱的变化规律，从而系统而深入的阐明碳纳米管或石墨烯的生长机理。同时，为了获得更好的拉曼信号，发展了石墨烯增强拉曼光谱技术并对其增强机理进行了详细的研究，为研究碳纳米管和石墨烯的生长机理奠定了良好的基础。主要成果有：.1，建立了化学气相沉积与拉曼光谱联用系统，解决了高温条件下黑体辐射的干扰问题，实现碳纳米管和石墨烯的生长。.2，用SiO2纳米粒子为成核点，实现了管径可控的单壁碳纳米管的非金属催化生长，并用原位拉曼光谱技术研究了其生长机制。.3，发展了一种以水蒸汽作为弱氧化剂选择性刻蚀金属性单壁碳纳米管的方法，实现了半导体性单壁碳纳米管阵列的制备。.4，发明了金属型和半导体型单壁碳纳米管阵列的“胶带法”分离技术。.5，发现了石墨烯增强拉曼散射效应，并从石墨烯层数、石墨烯费米能级的调节、分子与石墨烯的距离和分子在石墨烯表面的构象等几个方面对石墨烯拉曼散射增强机理进行了详细的研究。. 自项目执行以来，共发表SCI论文16篇，包括PNAS 1篇、Angew. Chem. Int. Ed. 1篇、Nano Letters 2篇、ACS Nano 1篇、Small 2篇等。获授权专利3项。参加国内外各类学术会议10人次，其中国际、地区和双边会议邀请报告7人次。国内会议邀请报告3人次。项目执行期间共培养博士后2名、博士毕业生5名。项目负责人自2010年起任Carbon杂志的Editor。