大面积双层、三层石墨烯薄膜的制备技术研究

Graphene as an ideal two-dimensional nano material, has attracted widespread interest for both its novel physical and chemical properties. Owing to their distinct electronic band structures, AB-stacked bilayer and trilayer graphene have extraordinary potenitial for the next-generation photonics and optoelectronics applications. However, these promising materials require the development of new synthesis methods to effectively control the number of AB-stacked layers. In this project, we propose the synthesis of bi- and trilayer graphene through chemical vapour deposition(CVD) on Cu foil, through the control of concentration o of decomposed carbon atoms in the "nano CVD" chambers between the first layer graphene and the underneath Cu surface. On the other hand, graphene microsheets(derived from natural graphite flake) was used as "seeds" to assist the synthesis of laege area multilayer graphene, with controlled stacking.

石墨烯作为理想的二维纳米材料，呈现诸多优异、独特的物理化学特性，而成为近年来的研究热点。单层石墨烯，尽管具有超高的电子迁移率，却由于零带隙电子结构而限制了其在高速数字电子器件领域的应用。双层、三层AB堆叠结构的石墨烯，因层与层之间的耦合产生特殊的能带结构具有可调控的带隙，在光子学和光电子学领域有着广泛的应用前景。然而受限于目前的制备技术，双层，尤其是三层石墨烯的大面积、均匀可控制备还是一个大的挑战。本项目拟采用化学气相沉积法，在多晶铜表面，通过对多层石墨烯制备机理的深入研究，调控碳原子扩散到石墨烯和铜箔之间"纳米微腔"中的浓度，找到生长双层和三层石墨烯大面积、均匀生长的窗口。另一方面，通过人为在铜箔表面形成多层AB堆叠石墨烯"种子"，横向外延生长多层石墨烯，最终获得大面积层厚可控的AB堆叠石墨烯薄膜。

石墨烯作为理想的二维纳米材料，呈现诸多优异、独特的物理化学特性，而成为研究热点。石墨烯的可控制备作为其材料特性和应用研究的基础，受到了极大的关注，也取得了长足的进展。其中单层石墨烯的可控制备技术日趋成熟，而多层石墨烯的大面积、均匀可控制备，依然是研究的难点。本项目采用化学气相沉积法，在多晶铜表面，通过精细调控生长参数，深入探究多层石墨烯的生长动力学，找到双层石墨烯的生长窗口，实现双层石墨烯的可控制备。提出双层石墨烯的“高效生长时间”为双层石墨烯成核完成后到第一层石墨烯完全覆盖Cu箔之间的时间段。利用该“高效生长时间”可制备出高成核密度和高覆盖度的双层石墨烯，实现展平Cu箔基底上双层石墨烯的可控制备。另一方面，采用创新性的“籽晶生长法”，通过人为在铜箔表面形成多层AB堆叠石墨烯种子，横向外延生长多层石墨烯。控制种子浓度和厚度可调控石墨烯的成核密度和层厚，最终获得大面积层厚可控的多层石墨烯薄膜。这些技术为Cu基底多层石墨烯CVD的可控制备提供了新的思路，效率高，可与大面积单层石墨烯产业制备相结合，适合多层石墨烯大面积产业制备。